一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置及方法与流程

本发明涉及真空压力传感器测量技术领域，特别涉及一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置及方法。

背景技术：

随着真空技术的发展，真空系统在许多领域都得到了应用，在航空、航天、微电子、冶金信息和生物等高新科技中发挥了巨大的作用，而且真空技术已在科研、生产领域渗到人们的日常生活中。

真空技术主要包括真空的获得和真空度的测量两个方面。真空的获得，即真空的产生和保持，它一般由真空泵等机械设备实现。而准确测量真空度、控制真空度对生产、生活、科学研究有着重要影响，对实验的成败和真空产品的质量都起到关键的作用。真空度的测量，主要由传感器及其相应部件组成的真空测量设备完成，真空压力传感器是测试设备中的关键元器件，决定着测量系统的精度和准确度。

但是，国内真空压力传感器产品的可靠性、稳定性及一致性等与发达国家存在较大差距，缺乏系统性的可靠性研究工作。高可靠性传感器的技术水平、传感器可靠性研究和试验工作相对落后于国外的进程，且高可靠性产品类别单一、品种少，量产能力也存在很大差距。所以，尽快掌握开发具有高可靠传感器技术和产品是具有实际意义的一项重要任务。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术不足，提供一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置及方法，用以对传感器进行加速寿命试验，该装置可以实现加速应力和加速失效时间两种加速方法，从而达到对真空压力传感器的使用寿命等可靠性指标的预测，实现提高传感器可靠性、稳定性等的目的。

本发明的技术方案是：

根据本发明的一个方面，提供一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置包括真空泵组、真空舱、真空计、集气瓶、减压阀及调节阀；

所述真空舱分别为真空舱二、真空舱三、真空舱四和用于校准的真空舱一；

真空泵组分别与真空舱一和真空舱二连接，真空舱二和真空舱四之间布置有与二者连通的真空舱三，真空舱一、真空舱二、真空舱三和真空舱四串接在一起，真空舱一、真空舱二和真空舱三上分别安装有一个真空计；调节阀分别为调节阀一、调节阀二、调节阀三、调节阀四、调节阀五、调节阀六、调节阀七、调节阀八、调节阀九和调节阀十；

真空舱三与集气瓶连接且二者连接的管路上安装有减压阀、调节阀八和调节阀九；真空舱三和集气瓶经调节阀八与大气相同；真空舱一上设置有调节阀二；真空泵组与真空舱一之间、真空舱一与真空舱二之间、真空舱二与真空舱三之间、真空舱三与真空舱四之间分别设置有调节阀一、调节阀四、调节阀六和调节阀七；真空舱一与真空舱二之间设置有调节阀三和调节阀十，被测传感器与真空舱二之间设置有调节阀五；被测传感器和三个真空计的信号输出端分别与显示面板的信号输入端连接。

进一步地，所述真空计为电容式薄膜真空计。

进一步地，所述调节阀为金属调节阀。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置的校准方法；

包括以下步骤：

步骤一：关闭集气瓶前的调节阀九，并关闭管路中与大气相通的调节阀二和调节阀八，其余调节阀处于打开的状态；

步骤二：打开真空泵组，对封闭系统进行抽真空，使装置中的真空度为绝对真空或者试验要求的压力；

步骤三：待三个真空计的示数一致且稳定后，关闭真空泵组、调节阀四和调节阀一k1；真空舱二与真空舱一之间的调节阀三；

步骤四：关闭真空舱三与真空舱二之间的调节阀以及真空舱三与真空舱四之间的调节阀七，打开管路中与大气相通的调节阀八或者调节集气瓶管路上的调节阀九，使真空舱三到达设定的压力；

步骤五：待真空舱三与显示面板之间的真空计的示数稳定在，关闭管路中与大气相通的调节阀八或者调节集气瓶与管路上的调节阀九，打开真空舱三与真空舱四之间的调节阀七，则真空舱三与真空舱四组成的子系统中压力为：

p3＝(p1·v1+p2·v2)/(v1+v2)

其中：v1为真空舱三的体积，v2为真空舱四的体积；

步骤六：待真空舱三与显示面板之间的真空计的示数稳定在，打开真空舱三与真空舱二之间的调节阀六，则由真空舱二、真空舱三和真空舱四组成的子系统中的压力p4为：

p4＝(p3·v1+p3·v2+p1·v4)/(v1+v2+v4)

其中：v4为真空舱二的体积，v1为真空舱三的体积，v2为真空舱四的体积；

该p4即为施加在被测传感器上的真空压力。

本发明相比现有技术的有益效果是：本发明真空校准装置可以达到±5％fs的精度，实现最大漏率1×10^-6pa·m³/s，从而可以对被测传感器进行加速寿命试验，尤其适用正常工作应力条件和加速工作应力条件之间的实现时间分布的加速失效时间方法。

附图说明

图1为本发明一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置的结构图；

图2为实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

参加图1所示，本具体实施方式的一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置，它包括真空泵组1、真空舱2、真空计3、集气瓶4、减压阀5及调节阀；

所述真空舱分别为真空舱二22、真空舱三23、真空舱四24和用于校准的真空舱一21；

真空泵组1分别与真空舱一21和真空舱二22连接，真空舱二22和真空舱四24之间布置有与二者连通的真空舱三23，真空舱一21、真空舱二22、真空舱三23和真空舱四24串接在一起，真空舱一21、真空舱二22和真空舱三23上分别连接有一个真空计3；

调节阀分别为调节阀一k1、调节阀二k2、调节阀三k3、调节阀四k4、调节阀五k5、调节阀六k6、调节阀七k7、调节阀八k8、调节阀九k9和调节阀十k10；

真空舱三23与集气瓶4连接且二者连接的管路上安装有减压阀5、调节阀八k8和调节阀九k9；真空舱三23和集气瓶4经调节阀八k8与大气相同；真空舱一21上设置有调节阀二k2；

真空泵组1与真空舱一21之间、真空舱一21与真空舱二22之间、真空舱二22与真空舱三23之间、真空舱三23与真空舱四24之间分别设置有调节阀一k1、调节阀四k4、调节阀六k6和调节阀七k7；真空舱一21与真空舱二22之间设置有调节阀三k3和调节阀十k10，被测传感器8与真空舱二22之间设置有调节阀五k5；被测传感器8和三个真空计3的信号输出端分别与显示面板的信号输入端连接。

本实施方式真空校准装置基于波义尔-马略特定律的工作原理，即一定质量的气体，如果温度保持不变，气体的压力和体积的乘积为常数，上述方案中各部分通过管路连接，九个调节阀分布在每个组成部件之间，且可由计算机控制系统进行控制每个调节阀的开关及开启程度。或者由手动控制每个调节阀的开合程度。

该装置中的真空舱一21的应用方法为：打开被测传感器8与该真空舱二22之间、真空泵组1与该真空舱二22之间的调节阀，关闭与其他调节阀，实现对被测传感器的校准；同理，实现对该传感器加速寿命试验用真空校准装置的子系统的校准。集气瓶4通过减压阀5和调节阀九k9与其他部件连接；集气瓶4用于实现不同真空压力。显示面板7用于实时监测真空舱内的真空度。

参加图1所示，通常，真空计3采用电容式薄膜真空计，测量精度高，灵敏度高，反应速度快，压力读数不受气体成分影响。用于测量真空舱一21的真空计的精度要远高于其余两个真空计的精度，真空舱一21选用标准真空舱。

通常，调节阀采用金属调节阀。如此设置，耐大过载冲击，确保装置运行可靠。

通常，真空舱二22、真空舱三23和真空舱四24的体积总和至少是气路管总体积的20倍。4个不同的真空舱的体积是根据被测传感器产品的情况进行设计。

通常，真空泵组1主要由若干个分子泵和罗茨泵串联组成。该真空泵组1为现有技术。

在另一实施方式，还提供一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置的校准方法，包括以下步骤：

步骤一：关闭集气瓶4前的调节阀九k9，并关闭管路中与大气相通的调节阀二k2和调节阀八k8，其余调节阀处于打开的状态；

步骤二：打开真空泵组1，对封闭系统进行抽真空，使装置中的真空度为绝对真空或者试验要求的压力p1；

步骤三：待三个真空计3的示数一致且稳定后，关闭真空泵组1、调节阀四k4和调节阀一k1；真空舱二22与真空舱一21之间的调节阀三k3；

步骤四：关闭真空舱三23与真空舱二22之间的调节阀k6以及真空舱三23与真空舱四24之间的调节阀七k7，打开管路中与大气相通的调节阀八k8或者调节集气瓶4管路上的调节阀九k9，使真空舱三23到达设定的压力p2；

步骤五：待真空舱三23与显示面板7之间的真空计3的示数稳定在p2，关闭管路中与大气相通的调节阀八k8或者调节集气瓶4与管路上的调节阀九k9，打开真空舱三23与真空舱四24之间的调节阀七k7，则真空舱三23与真空舱四24组成的子系统中压力p3为：

p3＝(p1·v1+p2·v2)/(v1+v2)

其中：v1为真空舱三23的体积，v2为真空舱四24的体积；

步骤六：待真空舱三23与显示面板7之间的真空计3的示数稳定在p3，打开真空舱三23与真空舱二22之间的调节阀六k6，则由真空舱二22、真空舱三23和真空舱四24组成的子系统中的压力p4为：

p4＝(p3·v1+p3·v2+p1·v4)/(v1+v2+v4)

其中：v4为真空舱二的体积，v1为真空舱三23的体积，v2为真空舱四24的体积；

该p4即为施加在被测传感器8上的真空压力。步骤四中改变真空舱二22、真空舱三23和真空舱四24的体积以及初始压力p1以实现不同压力p4施加于被测传感器8上。

该装置中的真空舱一21的应用方法为：打开被测传感器8与该真空舱二22之间、真空泵组1与该真空舱二22之间的调节阀，关闭与其他调节阀，实现对被测传感器的校准；同理，实现对该传感器加速寿命试验用真空校准装置的子系统的校准。集气瓶4通过减压阀5和调节阀九k9与其他部件连接；集气瓶4用于实现不同真空压力。显示面板7用于实时监测真空舱内的真空度。

作为上述实施方式的一种具体应用，以大气压力为例。

将用于传感器加速寿命试验的真空校准装置置于恒定温度空间内，为室温(20～50)℃。

选用体积为50升的真空舱一21，体积为99升的真空舱二22，体积为1升的真空舱三23，体积为9升的真空舱四24。

一种用于传感器加速寿命试验的真空校准装置的校准方法，

步骤一：如图1所示，关闭调节阀二k2、调节阀八k8、调节阀九k9，其余调节阀处于打开状态，形成封闭的密封腔，然后打开真空泵组1，对该密封腔进行抽真空，密封腔内的极限压力值取决于真空泵组1的能力，这里，假设为理想状态，经过真空泵组1抽真空后，密封腔内的压力为0pa；

步骤二：判断密封腔内的压力是否为0pa，同时检验标准三个真空计3，确保该三个标准的真空计3的示数一致且稳定；当未达到预期压力时，继续用真空泵组1进行抽真空，直至满足要求；

步骤三：待上一步骤满足要求后，关闭调节阀一k1、调节阀三k3和调节阀四k4，检验被测传感器8的示数，是否满足产品的性能指标；当不满足时，首先排除是否为被测传感器8本身的问题，当不是被测传感器8本身问题时，重新开始步骤一，直到本步骤中的被测传感器8满足其性能指标的要求；

步骤四：关闭调节阀六k6和调节阀七k7，打开调节阀八k8，使真空舱三23内充满大气，其压力值为大气压力101350pa，检验与该真空舱三23连接的标准的真空计3的示数是否为当地大气压；

步骤五：当步骤四中标准的真空计3的示数稳定在当地大气压时，关闭调节阀八k8，打开调节阀七k7，则1升气体充满1升的真空舱三23和9升的真空舱四24；根据波义尔-马略特定律，则由1升的真空舱三23和9升的真空舱四24组成的子系统中的压力值为当地大气压力的1/10；检验此时连接的标准的真空计3的示数，是否为步骤四中示数的1/10；

步骤六：待上述标准的真空计3的示数稳定后，打开调节阀六k6，关闭调节阀七k7，1升中的气体充满真空舱三23和真空舱二22；此时，由真空舱三23和真空舱二22组成的子系统中的压力值为当地大气压力的1/1000，即101.350pa；检验此时两个标准的真空计3的示数，是否为步骤四中示数的1/1000；

步骤七：待两个标准的真空计3的示数稳定后，采集被测传感器8的示数，并判断是否出现失效。

至此，被测传感器8的一个加压循环完成，然后除50升的真空舱一21外，将整个装置进行通大气，进行下一次的加压循环。以上的各个步骤中的调节阀的开关由带有显示面板的计算机控制系统进行控制或者手动控制；其中，调节阀门k2可以手动控制，确保真空舱一21内压力的准确。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。