应变式称重传感器的发展与可靠性介绍：

*、概述

*有应变式称重传感器（以下简称称重传感器）和由称重传感器组成的电子称重系统，都将随

着时间或使用而出现性能波动，不能完成规定功能并zui终失效（不稳定）。称重传感器从开始使用

到失效前的时间是不确定的，可靠性就是研究在规定的条件和时间内，称重传感器的平均工

作时间、工作失效率和可靠寿命，这对提*称重传感器组装的电子衡器和电子称重系统的可靠性至

关重要。因此，可靠性已成为称重传感器非常重要的质量指标和市场竞争的决定性标志。

*标准化组织（ISO8402）对于可靠性的定义：“单元在给定的环境及运行条件下和在给定的

时间内，完成规定功能的能力"。这里“单元"*词是讲作为*个整体来考虑的对象，它可以是*个

元件，*个子系统，*个系统。单独考虑称重传感器它就是*个元件，与称重系统*起考虑它就是

子系统或系统中的重要环节。“时间"应从广义角度去理解，就称重传感器或电子衡器而言，它是受

应力循环的次数。对于质量的定义：“产品的质量反映产品满足明确和隐含需要的能力的特征总和"。

“需要"按定义可包括性能、可用性、可信性、可靠性等，这里的“性能"是需要的*个方面，是中心

考虑的问题，而可靠性就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。根据上述定义，

把不能完成规定功能的状态称为故障或失效。可靠性的核心是故障，即可靠性是由产品的故障引发

出来的。失效——故障——可靠性——可靠度，四者之间密切相关，构成了因果链。从上述可靠性

理论可以得出称重传感器的可靠性就是在规定的环境条件下的持续工作时间。可靠性是由称

重传感器故障引发出来的，可靠度是用来度量称重传感器可靠性水平的数值，是在统计称重传感器

工作时间和故障次数的基础上进行数据处理的结果。若要达到较*的可靠性水平，必须作好称重传

感器的可靠性设计、控制和管理。

0 世纪 90 年代以来，我国称重传感器和电子衡器在工业与商业称重计量中得到广泛应用，称

重传感器的稳定性和可靠性问题，越来越引起用户的普遍关注。在目前条件下，研制出较*

确度等级的称重传感器并非难事，但研制出具有较*稳定性和可靠性的称重传感器并非易事。

在多次*学术会议和学术交流中，各国*家*致认为就称重传感器的工作原理、结构特点、

制造工艺和应用条件而言，它应属于半*性的工作器件，IP67、IP68 防护密封等级的称重传感器

应能稳定可靠的工作 10 年以上。

根据产品可靠性定义和称重传感器的实际应用情况，其可靠性定义为：称重传感器在规定的使

用条件下和*定的时间内完成规定功能的能力或概率。具体来说，就是在规定的使用条件下和*定

时间内，称重传感器保持其各项技术性能并稳定工作的能力，多以工作时间或可靠寿命来度

量。众*周知，称重传感器主要用于各种电子衡器和电子称重系统，要求综合性能好且稳定，即非

线性、滞后误差和灵敏度温度影响等*有偏差之和，应处于某*允许误差带之内。其中零点和灵敏

度的稳定性直接影响称重传感器的长期稳定性和工作可靠性。

目前，*外对传感器可靠性多集中在*些可靠性要求*的系统上，例如运载火箭、卫

星与宇宙飞船、民用飞机、大型工业控制系统等。对于这些系统*的各种传感器，根据 4

个可靠性基本函数，进行各项试验，完成了大量的数据采集、分析处理工作。美国的可靠性分析中

心和我国的军事科研部门都累积了大量的传感器可靠性数据。对于称重传感器可靠性的研究，*

外还只限于可靠性分析和跟踪测试阶段。

可靠性分析贯穿于称重传感器设计、制造、使用的全过程，它是可靠性研究的重要环节。主要

是故障（失效）机理分析，通过对故障进行宏观到微观分析，查找故障原因，摸清故障的内在规律，

从而采取相应对策，提*称重传感器的固有可靠性。

跟综测试是经济适用的研究称重传感器可靠性的简易方法，*外*些企业在这方面进行了两

种工作。*种是在试验室环境条件下，对称重传感器的贮存寿命进行了跟踪测试；*种是在使用环

境条件下，对称重传感器的工作时间，即使用寿命进行了跟踪测试。寿命试验是可靠性试验

中的重要内容，除贮存寿命试验外还有损耗寿命试验、加速寿命试验等。建议企业与使用单位

密切配合，互相进行信息交流，积累称重传感器的工作时间等可靠性数据。

按传统的可靠性分析方法，产品的失效率遵循浴盆曲线，如图 1 *示。

左边部分为早期失效期是递减的，在产品使用的早期，由于加工制造内部留下*些缺陷，失效

率往往较*，*般都是在产品出厂前通过老炼试验消除早期失效。中间部分为偶然失效期是水平的

接近*个常数，这是因为产品经过早期失效后，失效率稳定在*个较低的水平，这个时期的失效率

往往因随机的原因引起，称为偶然失效期。右边部分为损耗失效期是递增的，由于零部件老化、损

耗等原因，失效率开始增加。称重传感器的稳定性和可靠性符合这*规律，分为初始不稳定期、

稳定期和疲劳不稳定期。初始不稳定期是由于弹性元件经过锻造、机械加工、热处理以及表面打磨、

喷砂、贴片等工艺产生残余应力，并不断的松弛和释放，使零点和灵敏度发生变化，造成称重传感

器性能波动。它可以通过对元器件实施环境应力筛选，对称重传感器进行老炼和稳定处理，尽量释

放和消除残余应力，在过程中渡过初始不稳定期，出厂后就开始进入能够稳定可靠工作的稳定

期。在经历了长时期的工作后，由于防护密封材料老化，电路补偿与调整元器件损耗，电阻

应变计疲劳等原因，使称重传感器产生性能波动，工作不稳定直至失效，称为疲劳不稳定期。称重

传感器的可靠性理论就是研究分析各种影响其可靠性的系统性和随机性因素，*合理的提出可靠

性的定性和定量要求，如故障模式及影响分析、工作时间和可靠寿命等。

应变式称重传感器的发展与可靠性