引言

隨著我國綜合實力的提升，我國的航空制造技術在近年來取得了很大的進步。但是在當前的國際環(huán)境中，其他國家的航空制造技術也在突飛猛進的發(fā)展，給我國航空業(yè)的發(fā)展帶來了很多的壓力。在目前形勢下，國內許多領域的發(fā)展對航空業(yè)提出了更高的要求, 故航空制造業(yè)需要加強自身技術水平的提升和制造能力的提升，適應國內、國外發(fā)展的需要。

壓力傳感器的可靠性（Mean time between failure，平均故障間隔時間）是指在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的能力，可靠性是對壓力傳感器投入使用時可靠性工作能力的度量，通常用失效率來表示。[1]壓力傳感器是對壓力進行測量，并把壓力通過一定的規(guī)律轉換成電信號，從而壓力傳感器就成為測量這一信號的重要元器件，被廣泛地應用在航空制造業(yè)壓力傳感器的可靠性直接關系著航空系統(tǒng)性能和質量，影響著工作效率以及經濟效益，甚至會帶來嚴重的人身安全問題，故航空用壓力傳感器的可靠性研究是十分重要的，提高航空用壓力傳感器的可靠性也迫在眉睫。

1   壓力傳感器概述

1.1 主要組成（見圖1、圖2）

壓力傳感器是由壓力接口、壓力敏感元件以及信號輸出三部分組成，壓力接口為金屬部件，壓力敏感元件主要由壓力敏感電橋、燒結管殼、填充陶瓷、金屬膜片、焊環(huán)五部分組成，信號輸出部分由引出信號輸出線和PCB電路板組成。

圖1 壓力傳感器組成圖

圖2 壓力敏感元件組成圖

1.2 主要功能（見圖3）

壓力接口：傳遞壓力，減緩壓力輸送；

壓力敏感元件：感受壓力信號將其轉換為成比例的電壓信號；

信號輸出：引出信號輸出線，輸出電信號。

圖3 壓力傳感器功能框圖

2 壓力傳感器工作原理

壓力傳感器通過引線接入壓力敏感電橋中，當傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋失去平衡，金屬膜片產生與介質壓力成正比的微位移，產生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信號，若給電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋將輸出與壓力對應的電壓信號，這樣，傳感器的電阻變化就通過電橋轉換成壓力信號輸出。電路原理（圖4）是由4個敏感電阻組成惠斯登電橋[1,6]。

圖4 電路原理圖

3 可靠性模型建立

可靠性模型是對系統(tǒng)及其組成單元之間的可靠性 / 故障邏輯關系的描述，包括可靠性框圖及其相應的數(shù)學模型。根據(jù) GB-T 37963—2019《電子設備可靠性預計模型及數(shù)據(jù)手冊》[5]，建立如下模型。

3.1 建立壓力傳感器可靠性框圖（見圖5）

明確各單元之間的可靠性邏輯關系，進行可靠性定量分配和計算，發(fā)現(xiàn)設計中的薄弱環(huán)節(jié)，為設計決策提供依據(jù)，以改進設計。

圖5 壓力傳感器可靠性框圖

3.2 建立可靠性數(shù)學模型

由圖 3 可知，壓力傳感器的可靠性模型為串聯(lián)模型，且各單元間是相互獨立的，故其可靠度 [2] 為：

 壓力傳感器的失效率等于各單元的失效率之和。

4 可靠性計算

4.1 壓力接口

壓力接口為結構連接的機械金屬零件，不存在損耗性失效。其失效率暫無統(tǒng)計數(shù)據(jù)。壓力底座參照《NPRD-3 非電子零部件可靠性》[4] 手冊規(guī)定的連接件（普通焊接）使用環(huán)境（A）（注：無 AUF 使用環(huán)境的統(tǒng)計數(shù)據(jù)），其工作失效率為 λp11= 0.024×10-6 / h。

4.2 壓力敏感元件

壓力敏感元件由壓力敏感電橋和燒結管座組件組成。

5 結果分析

5.1 計算結果分析

從上述預計計算結果，壓力傳感器的 MTBF 預計值 為 1 005 498 h，可靠性預計僅僅是較粗略的估算，要確保壓力傳感器的可靠性滿足要求，還須進一步分析影響其可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，并針對薄弱環(huán)節(jié)采取必要的設計或工藝改進措施，逐步提高壓力傳感器的可靠性水平。

5.2 薄弱環(huán)節(jié)分析

將壓力傳感器各組件的失效率進行對比分析，壓力敏感元件最高，故壓力敏感元件是壓力傳感器的薄弱環(huán)節(jié)，在研制的各個環(huán)節(jié)應采取相應措施，確保產品的可靠性指標滿足要求。

5.3 主要保證措施

1）嚴格控制壓力敏感元件關鍵工序的操作過程，加強各工序質量檢查；

2）對壓力敏感元件進行壓力交變和氣密性檢查試驗，剔除故障產品；

3）壓力敏感元件封裝時，注意信號輸出端引線的連接、焊接質量，加強檢驗，避免斷路和虛焊現(xiàn)象發(fā)生；

4）壓力傳感器按照測試和篩選要求進行試驗篩選，剔除早期故障件。

6 結束語

壓力傳感器的國內外市場需求越來越大，對可靠性的要求也越來越高。本文對某航空壓力傳感器可靠性進行了分析、計算和研究，從數(shù)據(jù)分析可見，控制薄弱環(huán)節(jié)生產質量勢在必行，加強自身的技術水平和質量控制可進一步提高壓力傳感器可靠性。綜上分析，可見我們對壓力傳感器可靠性的高度重視，以提高壓力傳感器的可靠性、可防止故障和事故的發(fā)生、延長壓力傳感器的使用壽命、提高飛機的安全性能，同時，可降低成本，提高經濟效益，提高壓力傳感器的綜合質量，滿足航空用戶更高的要求。