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測(cè)量組件長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-25 14:05:55 更新時(shí)間：2025-07-24 14:05:55

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

測(cè)量組件長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)：保障精度與可靠性的關(guān)鍵

在各類工業(yè)自動(dòng)化、精密儀器、科研設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備乃至消費(fèi)電子產(chǎn)品中，測(cè)量組件（如傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)量反饋單元等）扮演著至關(guān)重要的角色。其性能的優(yōu)劣直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的精度、可靠性和最終輸出質(zhì)量。而其中，“長(zhǎng)期穩(wěn)定性”是衡量測(cè)量組件品質(zhì)的核心指標(biāo)之一。長(zhǎng)期穩(wěn)定性指的是測(cè)量組件在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、儲(chǔ)存或在規(guī)定的環(huán)境條件下，其輸出特性（如零點(diǎn)、量程、靈敏度、線性度等）隨時(shí)間保持恒定或變化量在可接受范圍內(nèi)的能力。一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定性不佳的組件，即使初始精度很高，也會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中因性能漂移而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差累積，甚至引發(fā)故障。

對(duì)測(cè)量組件進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范的長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)，是評(píng)估其實(shí)際使用壽命、預(yù)測(cè)維護(hù)周期、確保產(chǎn)品最終質(zhì)量、滿足客戶及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的必要環(huán)節(jié)。它需要在模擬或真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景下，通過精心設(shè)計(jì)的測(cè)試方案、精確的檢測(cè)儀器、可靠的檢測(cè)方法和嚴(yán)格的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。

核心檢測(cè)項(xiàng)目

測(cè)量組件長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)主要關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)隨時(shí)間的變化情況：

1. 零點(diǎn)穩(wěn)定性（零點(diǎn)漂移）： 在輸入量為零（或參考點(diǎn)）時(shí)，測(cè)量輸出值隨時(shí)間的變化量。這是長(zhǎng)期穩(wěn)定性的基礎(chǔ)指標(biāo)。
2. 量程穩(wěn)定性（量程漂移/滿量程漂移）： 在施加滿量程輸入時(shí)，測(cè)量輸出值隨時(shí)間的變化量。通常表示為滿量程輸出（FSO）的百分比。
3. 靈敏度穩(wěn)定性： 測(cè)量組件輸出變化量與輸入變化量之比（即靈敏度）隨時(shí)間的變化。
4. 線性度穩(wěn)定性： 測(cè)量組件在量程范圍內(nèi)，實(shí)際輸入-輸出關(guān)系曲線偏離理論直線的程度隨時(shí)間的變化。
5. 溫度影響穩(wěn)定性： 在經(jīng)歷溫度循環(huán)或長(zhǎng)期暴露于特定溫度后，零點(diǎn)、量程等關(guān)鍵參數(shù)的變化情況，考察溫度對(duì)長(zhǎng)期漂移的影響。
6. 長(zhǎng)期重復(fù)性： 在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，對(duì)同一輸入量進(jìn)行多次測(cè)量所得結(jié)果的一致性隨時(shí)間的變化。
7. 加速老化穩(wěn)定性： 通過施加比正常工作條件更嚴(yán)苛的環(huán)境應(yīng)力（如高溫、高濕、高壓、電應(yīng)力），在較短時(shí)間內(nèi)評(píng)估其長(zhǎng)期穩(wěn)定性的等效變化。

關(guān)鍵檢測(cè)儀器

進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)需要高精度、高穩(wěn)定性的儀器設(shè)備提供保障：

1. 高精度標(biāo)準(zhǔn)源/校準(zhǔn)器： 提供精確、穩(wěn)定的輸入激勵(lì)信號(hào)（如壓力、溫度、電壓、電流、位移等）或參考標(biāo)準(zhǔn)。其穩(wěn)定性必須遠(yuǎn)高于被測(cè)組件的要求。
2. 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 用于實(shí)時(shí)、連續(xù)或高頻率地記錄被測(cè)組件的輸出信號(hào)。要求具有低噪聲、高分辨率和良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
3. 恒溫恒濕試驗(yàn)箱/環(huán)境試驗(yàn)箱： 用于提供可控的溫度、濕度環(huán)境，模擬長(zhǎng)期儲(chǔ)存或工作條件，或進(jìn)行溫度循環(huán)、溫濕度復(fù)合應(yīng)力試驗(yàn)。
4. 長(zhǎng)時(shí)間計(jì)時(shí)器/數(shù)據(jù)記錄儀： 精確記錄測(cè)試的持續(xù)時(shí)間。
5. 精密電源： 為被測(cè)組件提供穩(wěn)定可靠的供電。
6. 振動(dòng)臺(tái)/沖擊臺(tái)： （可選，視應(yīng)用場(chǎng)景）用于評(píng)估機(jī)械應(yīng)力對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響。
7. 專用測(cè)試夾具與信號(hào)調(diào)理電路： 確保被測(cè)組件正確安裝、接線，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行必要的放大、濾波等處理。

主要檢測(cè)方法

長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)通常采用以下幾種方法或組合：

1. 靜態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)法：
* 零點(diǎn)監(jiān)測(cè)： 將被測(cè)組件置于參考環(huán)境中（如恒定室溫），輸入為零，連續(xù)或定期（如每天、每周）測(cè)量并記錄其輸出值，監(jiān)測(cè)其零點(diǎn)漂移。
* 滿量程點(diǎn)監(jiān)測(cè)： 施加滿量程輸入，連續(xù)或定期測(cè)量并記錄輸出值，監(jiān)測(cè)量程漂移。
* 多點(diǎn)監(jiān)測(cè)： 在零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)之間選擇幾個(gè)代表性的輸入點(diǎn)進(jìn)行定期測(cè)量，評(píng)估整個(gè)量程范圍內(nèi)的穩(wěn)定性變化趨勢(shì)。

2. 加速老化試驗(yàn)法：
* 高溫老化： 將組件置于高于正常工作溫度（但低于破壞極限）的環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行或儲(chǔ)存，利用阿倫尼斯模型(Arrhenius Model)等加速方程來推算其在正常溫度下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性表現(xiàn)。這是最常用的加速方法。
* 溫濕度偏壓老化： 在高溫高濕環(huán)境下同時(shí)施加工作電壓（偏壓），加速評(píng)估如半導(dǎo)體傳感器等易受濕氣和電場(chǎng)影響的組件的穩(wěn)定性。
* 溫度循環(huán)/沖擊： 在極端溫度之間快速轉(zhuǎn)換，加速由材料熱膨脹系數(shù)差異、焊點(diǎn)疲勞等引起的失效機(jī)制。

3. 動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期運(yùn)行模擬法： 將被測(cè)組件安裝在模擬實(shí)際工作條件的測(cè)試臺(tái)上，讓其按照接近或等同于實(shí)際工況的輸入模式（如周期性的壓力變化、溫度變化）長(zhǎng)期運(yùn)行，定期進(jìn)行校準(zhǔn)評(píng)估。

4. 數(shù)據(jù)后處理與趨勢(shì)分析： 無論采用哪種方法，都需要對(duì)大量長(zhǎng)期采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析： * 計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)（零點(diǎn)誤差、量程誤差、非線性等）隨時(shí)間的變化量。 * 繪制關(guān)鍵參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線圖。 * 計(jì)算漂移速率（如每月、每年的漂移量）。 * 使用統(tǒng)計(jì)方法（如線性回歸）分析漂移趨勢(shì)。 * 與預(yù)設(shè)的穩(wěn)定性規(guī)格限進(jìn)行對(duì)比判斷。

遵循的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)量組件長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)應(yīng)遵循相關(guān)的國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保測(cè)試方法的科學(xué)性、一致性和結(jié)果的可比性：

1. 通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：
* GB/T 18459-2017 《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)評(píng)定方法》： 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了包括長(zhǎng)期穩(wěn)定性在內(nèi)的傳感器主要性能指標(biāo)的定義和評(píng)定方法。
* IEC 60770 (All parts) - Transmitters for use in industrial-process control systems： 國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了工業(yè)過程控制系統(tǒng)用變送器的性能評(píng)定方法，包含長(zhǎng)期漂移測(cè)試。
* ISO 5725 (All parts) - Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results： 雖然是關(guān)于測(cè)量方法精度的，但其穩(wěn)定性概念和評(píng)估方法有借鑒意義。

2. 特定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：
* 不同行業(yè)的測(cè)量組件通常有更具體的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求及測(cè)試方法，例如：
* 壓力傳感器/變送器（如GB/T 15478， JJG 882）
* 溫度傳感器（如IEC 60751, JJG 229）
* 稱重傳感器（如OIML R60, GB/T 7551）
* 流量計(jì)（如ISO 5167, GB/T 2624）等。

3. 環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： 對(duì)于加速老化試驗(yàn)，常參考環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：
* GB/T 2423 (IEC 60068) - Environmental testing： 系列標(biāo)準(zhǔn)，如高溫試驗(yàn)(IEC 60068-2-2)、低溫試驗(yàn)(IEC 60068-2-1)、恒定濕熱試驗(yàn)(IEC 60068-2-78)、溫度變化試驗(yàn)(IEC 60068-2-14)等。

4. 企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范： 企業(yè)往往根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)、客戶要求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，制定比通用標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格或更具體的內(nèi)部長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試規(guī)范(SOP)。

關(guān)鍵點(diǎn)強(qiáng)調(diào)： 標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了測(cè)試方法（如測(cè)試環(huán)境條件、測(cè)試點(diǎn)的選擇、采樣頻率、測(cè)試周期），還明確了性能指標(biāo)的計(jì)算公式、數(shù)據(jù)的記錄要求、結(jié)果的判定準(zhǔn)則以及測(cè)試報(bào)告應(yīng)包含的內(nèi)容。

結(jié)論

測(cè)量組件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢測(cè)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，涉及明確的檢測(cè)項(xiàng)目、精密可靠的檢測(cè)儀器、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)方法以及必須遵循的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。通過有效的長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)估，制造商能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)、篩選材料和工藝，提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性；用戶