汽車壓力傳感器的設(shè)計(jì)和制造方法,為這種苛刻的環(huán)境創(chuàng)建堅(jiān)固耐用的傳感器。涵蓋了材料特性選擇和電路設(shè)計(jì)原則。討論了滿足一系列汽車規(guī)格和要求的成本敏感型設(shè)計(jì)。分析有缺陷的單元和制造后果,作為改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造過程的工具。
傳感器設(shè)計(jì)人員承擔(dān)的更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一是為汽車市場(chǎng)設(shè)計(jì)和制造可靠、堅(jiān)固的壓阻式傳感器。經(jīng)過多年的反復(fù)試驗(yàn),這些設(shè)計(jì)人員已經(jīng)開發(fā)出一些實(shí)踐和技術(shù),這些實(shí)踐和技術(shù)一次又一次地被證明對(duì)汽車應(yīng)用有用。為了啟發(fā)和告知那些使用這項(xiàng)技術(shù)的人(它解決了壓阻式傳感器的主要批量用戶),以下討論揭示了該行業(yè)的幾個(gè)技巧。
通常,產(chǎn)品最終成本的 80% 是在設(shè)計(jì)工作的前 20% 中確定的。因此,事先了解必要的設(shè)計(jì)實(shí)踐可以最大限度地降低成本,并提高您在為苛刻的汽車環(huán)境設(shè)計(jì)堅(jiān)固的PRT壓力傳感器方面的成功率。
如果您以前從未設(shè)計(jì)過此類傳感器,那么首要任務(wù)是打開最近型號(hào)的汽車(也許是您自己的)的引擎蓋,并仔細(xì)查看發(fā)動(dòng)機(jī)艙。電線、軟管、連接器和發(fā)動(dòng)機(jī)的巢穴是傳感器可能遇到的最惡劣的環(huán)境之一??紤]一下安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器的熱沖擊,該傳感器工作溫度高于100°C,并以70英里/小時(shí)的速度突然噴灑泥濘的咸水。此環(huán)境的其他屬性同樣嚴(yán)重:
溫度: | -40°C 至 +125°C (至 +150°C 用于安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器) |
振動(dòng): | 從嚴(yán)重到極端 |
傳感介質(zhì): | 燃料(混合混合物)、機(jī)油、制動(dòng)液、 傳動(dòng)液、有毒蒸氣等 |
外部媒體: | 水和鹽水噴霧、機(jī)油、制動(dòng)器 流體、溶劑、燃料等 |
熱沖擊: | 高溫操作加頻繁 冷水飛濺 |
電磁干擾: | 2MHz 至 2GHz 輻射暴露在 200 伏 每米 |
位于乘客艙內(nèi)的傳感器接觸液體和溶劑要少得多,但會(huì)受到低溫、水和 EMI 的影響:
溫度: | -40°C 至 +85°C |
振動(dòng): | 降低水平 |
傳感介質(zhì): | 空氣通常 |
外部媒體: | 噴水 |
熱沖擊: | 降低變化率 |
電磁干擾: | 2MHz 至 2GHz 輻射暴露在 200 伏 每米 |
對(duì)于任一環(huán)境,傳感器應(yīng)具有以下各項(xiàng):
可靠性: | 100% 運(yùn)行,每次,所有 時(shí)間 |
輩子: | 10 至 15 歲,有時(shí)表示為 里程條款(100,000 - 150,000)以及 |
低成本: | 汽車是成本最敏感的領(lǐng)域之一 市場(chǎng)數(shù)量 |
為了確保傳感器滿足客戶對(duì)性能的期望,其規(guī)格和相關(guān)測(cè)試文檔應(yīng)嘗試捕獲具有代表性的應(yīng)力和操作條件。您應(yīng)該閱讀并理解這些文檔,但請(qǐng)記住,它們只是代表傳感器所生活的世界的最佳嘗試。成功的設(shè)計(jì)基于經(jīng)過驗(yàn)證的概念、材料和電路。例如,引擎蓋下的任何連接器都代表著數(shù)十年來在設(shè)計(jì)、材料和生產(chǎn)技術(shù)方面的工程工作。同樣,僅在幾年前才被接受用于最新型號(hào)量產(chǎn)車輛的傳感器可供您查看。您可以研究所使用的技術(shù)、使用的材料,甚至組裝技術(shù)。
汽車技術(shù)維修指南確定了當(dāng)今大多數(shù)車輛的傳感器和接線。例如,大多數(shù)經(jīng)銷商和汽車零部件商店都可以獲得最新型號(hào)車輛的車輛商店手冊(cè)(圖 2)。它們包括圖紙、照片和接線電壓電平。你可以從汽車零部件零售商那里買一個(gè)傳感器,把它拆開,研究它,然后問問自己為什么它會(huì)被制造成現(xiàn)在這個(gè)樣子。與您所在組織中的汽車設(shè)計(jì)專家交談,并嘗試區(qū)分他們的意見、經(jīng)驗(yàn)法則、確鑿的證據(jù)和數(shù)據(jù)。此外,還要考慮客戶要求哪些新需求,客戶試圖實(shí)現(xiàn)哪些性能、成本或可靠性收益,以及這些要求是否代表他或她當(dāng)前正在做的事情的邏輯進(jìn)展。這種取向可能會(huì)打開你的思維,并導(dǎo)致“開箱即用”的創(chuàng)新思維。
圖2.顯示接線、連接器和引腳排列信息的購買手冊(cè)。
在解決現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的問題時(shí),您可以從重新閱讀規(guī)范和了解操作環(huán)境中受益。對(duì)于典型的汽車傳感器,有幾個(gè)規(guī)格很重要(圖 3)。問題是否與特定規(guī)范或測(cè)試有關(guān)?如果可能,請(qǐng)生成一個(gè)準(zhǔn)確的描述,以集中您的調(diào)查工作。要具體,并包括顯示好與壞或問題與無問題的數(shù)據(jù)。應(yīng)評(píng)估有趣的異常和其他分散您工作的工件的相關(guān)性并相應(yīng)地進(jìn)行分箱。也就是說,它們應(yīng)該被保存并納入調(diào)查,標(biāo)記為未知,或者干脆扔到一邊供以后調(diào)查。關(guān)注現(xiàn)有設(shè)備的基本原因涉及設(shè)計(jì)、制造和規(guī)格與使用問題。
圖3.每個(gè)傳感器都有詳細(xì)說明預(yù)期工作特性和環(huán)境因素的規(guī)格。
如果設(shè)計(jì)不可靠,則可能無法支持客戶的期望。例如,在高溫下附著力降低的芯片粘接粘合劑在振動(dòng)期間可能無法提供足夠的強(qiáng)度來將模具固定到位,或者電路設(shè)計(jì)在車輛組裝或服務(wù)期間可能沒有足夠的靜電放電 (ESD) 容差。無論哪種情況,系統(tǒng)在通過其鑒定和設(shè)計(jì)驗(yàn)證壓力測(cè)試后都可能在現(xiàn)場(chǎng)失敗。請(qǐng)記住統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):一些選定的設(shè)備經(jīng)過了設(shè)計(jì)魯棒性測(cè)試,但生產(chǎn)了數(shù)十萬或數(shù)百萬個(gè)器件并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。通過仔細(xì)的設(shè)計(jì)審查和合理的模擬,可以避免大多數(shù)設(shè)計(jì)問題。
傳感器設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵學(xué)科是識(shí)別所有重要特性,即如果在規(guī)格范圍內(nèi)實(shí)施,這些特性將產(chǎn)生完美的功能。在制造過程中應(yīng)使用統(tǒng)計(jì)過程控制來跟蹤這些特性。對(duì)于穩(wěn)定的制造過程,如果您可以確保每個(gè)重要特性都在統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)設(shè)定的限制范圍內(nèi),則無需進(jìn)行測(cè)試。SPC 限值與規(guī)格限值有很大不同。如果顯著特性在規(guī)格范圍內(nèi),那么測(cè)試傳感器只是浪費(fèi)時(shí)間。
實(shí)際考慮有時(shí)會(huì)迫使對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試。校準(zhǔn)傳感器的壓力和溫度性能通常比將每個(gè)子組件指定到實(shí)現(xiàn)盲裝和運(yùn)輸所需的程度更具成本效益。(無論應(yīng)用的持續(xù)改進(jìn)水平如何,制造都不會(huì)達(dá)到完全完美的狀態(tài)。了解重要特性并使用SPC跟蹤它們可降低必要的測(cè)試和校準(zhǔn)水平,從而改善周期時(shí)間,產(chǎn)量和(最終)成本。
缺少焊點(diǎn)、不恰當(dāng)?shù)鼗旌隙嘟M分環(huán)氧樹脂或安裝不合規(guī)格的子組件可能會(huì)阻礙其設(shè)計(jì)的全部意圖,從而破壞制造設(shè)備的最佳性能。由于此類制造問題每天甚至每小時(shí)都可能出現(xiàn)數(shù)千次,因此它們迫使設(shè)計(jì)、產(chǎn)品和工藝工程師在制造工廠過夜和周末。解決問題的時(shí)間至關(guān)重要。成千上萬的裝配員工正在等待車輛裝配線下游的每個(gè)組件,停止流動(dòng)每天可能花費(fèi)超過一百萬美元。
一家大型汽車供應(yīng)商的高管說:“對(duì)于從客戶那里退回的每一個(gè)壞部件,制造骨頭堆中已經(jīng)有十幾個(gè)。“骨堆”是制造過程中測(cè)試和檢查的后果,故障部件只是那些具有超出測(cè)試限值的可測(cè)試參數(shù)的零件(測(cè)試限值包括規(guī)格限,減去厚度和可重復(fù)性的保護(hù)帶)。
有多少設(shè)備侵犯了測(cè)試限制但沒有超過邊緣?更重要的是,他們當(dāng)初為什么要侵占?發(fā)生了什么變化?W. Edwards Deming的職業(yè)生涯就是提出這些問題,他通過將制造業(yè)與統(tǒng)計(jì)過程控制相結(jié)合,徹底改變了制造業(yè)[1]。接近邊緣極限的零件與標(biāo)準(zhǔn)不同,并且可能在某種程度上與設(shè)計(jì)意圖不同。這種變化或差異是穩(wěn)定的嗎?它是否會(huì)隨著時(shí)間或溫度而變化并導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)故障?如果可以分析每個(gè)未通過測(cè)試或檢查的組件以找到其故障的根本原因,那么通過糾正根本原因,您可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健和微調(diào)的制造過程。骨堆中的每個(gè)組件都代表著一個(gè)關(guān)于工藝差異、材料差異和尚未發(fā)現(xiàn)的重要特征的故事。
其他故障涉及產(chǎn)品的定義與其實(shí)際使用。例如,如果指定工作在0-50psi的傳感器在實(shí)踐中暴露在60psi,那么其故障可歸因于定義不明確的規(guī)格。在更微妙的情況下,傳感器被指定為在存在汽車汽油和甲醇的情況下運(yùn)行。設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試包括在規(guī)定的時(shí)間、溫度等條件下暴露于汽油和甲醇,但傳感器在現(xiàn)場(chǎng)因明顯暴露于汽油而失效。事實(shí)上,暴露在甲醇和汽油的混合物中,其比例證明比單獨(dú)的汽油或甲醇對(duì)材料更有害。因此,試圖捕獲真實(shí)世界條件的規(guī)范和測(cè)試定義存在缺陷或措辭不當(dāng)。傳感器符合其自身的規(guī)格,但不符合客戶的期望。
由于規(guī)格定義與使用情況的許多情況在傳感器設(shè)計(jì)周期的后期很難解決,因此應(yīng)閱讀規(guī)格和測(cè)試要求,注意傳感器的實(shí)際預(yù)期環(huán)境。對(duì)于每個(gè)規(guī)格項(xiàng)目和測(cè)試條件,請(qǐng)問問自己為什么包含它以及正在解決的實(shí)際操作條件。不符合此規(guī)范的結(jié)果或含義是什么?
要解決設(shè)計(jì)和制造問題,請(qǐng)采用八項(xiàng)學(xué)科 (8-D) 問題解決技術(shù)。8-D該流程由一家大型汽車制造商多年前開發(fā),旨在為確定根本原因和糾正措施提供有效的方法。以下是八個(gè)學(xué)科:
問題描述
遏制措施
根源
驗(yàn)證根本原因
永久性糾正措施
驗(yàn)證永久性糾正措施
預(yù)防復(fù)發(fā)
恭喜團(tuán)隊(duì)!
這種解決問題的技術(shù)迫使刪除個(gè)人觀點(diǎn)和“直覺”陳述,并引入事實(shí)和數(shù)據(jù)。福特電子部門的質(zhì)量控制執(zhí)行總監(jiān)以8-D語言而聞名回顧會(huì)議,“我們相信上帝;所有其他人都帶來了數(shù)據(jù)。它有效。保持
問題描述
清晰簡(jiǎn)潔,以列出受影響單位或車輛的序列號(hào)。如果采用立即調(diào)整流程或設(shè)計(jì)作為保持高質(zhì)量貨件的臨時(shí)手段,請(qǐng)將其列為
遏制措施。
一旦 PCA 可用,遏制措施將被取消和/或補(bǔ)充
永久性糾正措施
。
根本原因?qū)⑹顷P(guān)于什么設(shè)計(jì)、制造或規(guī)范與使用問題產(chǎn)生問題的最終和簡(jiǎn)潔的陳述。在將永久性糾正措施發(fā)布到生產(chǎn)環(huán)境之前,必須制定并執(zhí)行驗(yàn)證計(jì)劃,作為永久糾正措施序列驗(yàn)證的一部分。預(yù)防復(fù)發(fā)對(duì)于防止歷史重演至關(guān)重要。
最后,祝賀你的團(tuán)隊(duì)。盡管很簡(jiǎn)單,但這一步是最常被忽視和忽視的一步。它提供了兩個(gè)重要結(jié)果:團(tuán)隊(duì)因發(fā)現(xiàn)并解決了一個(gè)重要的問題而受到認(rèn)可,祝賀標(biāo)志著該問題的工作結(jié)束,團(tuán)隊(duì)解散,并允許恢復(fù)正常職責(zé)。
這個(gè)解決問題的過程是關(guān)于您的傳感器產(chǎn)品和制造過程的有趣發(fā)現(xiàn)之旅。如果你對(duì)各種可能性保持開放的心態(tài),并有足夠的信心承認(rèn)你并不總是擁有所有的答案,那么每個(gè)問題都可以成為一種有趣的教育經(jīng)歷。
諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)總結(jié)了發(fā)現(xiàn)事物的樂趣:“......刺激,...敬畏和神秘感一次又一次地出現(xiàn),當(dāng)我們足夠深入地看待任何問題時(shí)。隨著知識(shí)的增多,更深層次、更奇妙的神秘感,引誘著人們?nèi)ジ钊氲靥剿?。從不?dān)心答案可能會(huì)令人失望,但我們帶著快樂和信心翻開每塊新石頭,尋找無法想象的奇怪之處,從而引出更美妙的問題和謎團(tuán)——這當(dāng)然是一次偉大的冒險(xiǎn)![2].
當(dāng)談到PRT傳感器材料(用于傳感元件和IC的有機(jī)硅凝膠和其他保護(hù)涂層,以及芯片粘接環(huán)氧樹脂)時(shí),需要一些評(píng)論。這些材料在傳感器制造中一次又一次地浮出水面。它們的使用需要了解其初始特性、延長(zhǎng)壽命特性以及處理和混合的注意事項(xiàng)。典型的PRT傳感器裝配圖如圖4所示。
圖4.典型的基于PRT的壓力傳感器的橫截面圖。
芯片粘接環(huán)氧樹脂有多種品種和成分。通常用于PRT傳感器安裝的粘合劑包括軟安裝橡膠基粘合劑,氰基丙烯酸酯粘合劑(帶導(dǎo)電銀片填料或非導(dǎo)電SiO)2填料)、雙組分環(huán)氧樹脂混合物和有機(jī)硅基粘合劑。每種材料的獨(dú)特特性解決了機(jī)械應(yīng)力、溫度、化學(xué)反應(yīng)性(或惰性)、易于制造和成本等問題。所需的化學(xué)抗擾度取決于芯片粘接是暴露于周圍環(huán)境及其污染物中,還是暴露于正在測(cè)量壓力的介質(zhì)中。不僅在操作過程中,而且在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和下一級(jí)組裝過程中也應(yīng)考慮溫度。通常,最關(guān)鍵的參數(shù)是芯片粘接材料對(duì)PRT元件施加的機(jī)械應(yīng)力。
不僅關(guān)注芯片粘接、基板和PRT元件的不同溫度系數(shù),還關(guān)注許多有機(jī)硅和環(huán)氧基材料,它們根據(jù)溫度表現(xiàn)出兩種不同的機(jī)械性能之一。所討論的材料在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg [3]下在這些特性之間發(fā)生轉(zhuǎn)變。高于此溫度的材料往往更硬,(可能)熱膨脹系數(shù)降低。在它下面,它們往往更柔軟、更柔軟。
該特性通常表現(xiàn)為偏移或靈敏度與溫度測(cè)量中的弓形或曲率(圖 5)。當(dāng)生成從最低溫度到最高溫度的溫度階躍曲線時(shí),這一點(diǎn)變得很明顯。由于曲率中的任何扭結(jié)或拐點(diǎn)都表示材料屬性的變化,因此實(shí)際上必須使用兩種不同的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。似乎這還不夠,兩組分環(huán)氧樹脂的Tg取決于混合的兩部分的比例。因此,最終設(shè)計(jì)的材料屬性是兩部分測(cè)量和混合過程的函數(shù)。
圖5.靈敏度會(huì)隨著材料通過玻璃化轉(zhuǎn)變階段(Tg)而變化。
傳感元件和集成電路的保護(hù)涂層具有與上述芯片粘接材料相同的特性,但效果不同。與傳感膜片接觸的保護(hù)涂層會(huì)導(dǎo)致施加壓力時(shí)的滯后、溫度滯后、靈敏度和隨溫度的偏移變化(高于和低于Tg)、輸出隨時(shí)間漂移以及輸出蠕變。
硅具有出色的機(jī)械性能,可用于制造可靠且可重復(fù)的傳感器,但芯片粘接材料和保護(hù)涂層的引入會(huì)降低傳感器的性能。為了抵消這種影響,您應(yīng)該知道如何通過混合比例的變化、老化的影響、固化前暴露在空氣中、固化時(shí)間和溫度等來改變材料在制造過程中。一旦進(jìn)入原型,所選材料可能與生產(chǎn)的百萬分之一傳感器中使用的材料不同。
一些簡(jiǎn)單的提示可以使傳感器設(shè)計(jì)的電子部分更加穩(wěn)健。通常,PRT 傳感元件安裝在基板上,基板又安裝在外殼或傳感器主體上(圖 6)。外殼內(nèi)的管道將流體介質(zhì)引導(dǎo)至PRT元件的活動(dòng)部分?;灏?a target="_blank">信號(hào)調(diào)理IC(在本例中顯示為芯片)和幾個(gè)分立的電氣元件。它還提供到連接器的電氣路徑,以接收電源并訪問輸出信號(hào)。該連接器通常為 3 線式,承載被測(cè)壓力的電壓模擬?;倦娐凡季衷砜蔀榻o定的原理圖設(shè)計(jì)提供最佳性能:
保持IC和PRT之間的電氣接線連接 感應(yīng)元件盡可能短。
不要將傳感元件的印刷布線走線與 其他,尤其是數(shù)字時(shí)鐘走線和模擬輸出跡線。
保持0.1μF(或推薦值)的去耦電容盡可能接近 盡可能使用最少的印刷布線互連。
用接地層填充所有剩余的印刷布線表面。
將 ESD/EMI 電容器放置在盡可能靠近連接器引腳的位置。
如果電路浮動(dòng)在與印刷布線電路電連接的導(dǎo)電外殼內(nèi),請(qǐng)使用電阻路徑將外殼連接到電路接地。
對(duì)于所有IC,將未使用的輸入連接到VDD或 GND(視情況而定),直接或通過電阻器。
使用低阻抗電阻器和電容器緩沖電源輸入,盡可能靠近連接器。如果可能,將此濾波電容與ESD/EMI電容結(jié)合使用。
保護(hù)IC和檢測(cè)元件的鈍化層。IC鈍化的任何妥協(xié)都是廢棄組件的理由。
如果可能,請(qǐng)使用導(dǎo)電芯片粘接材料將 IC 安裝焊盤接地。
如果可能,將傳感元件與外殼或壓力端口電絕緣。
圖6.典型的壓力傳感器組件。
如果您愿意花時(shí)間,調(diào)試模擬傳感器電路是一門易于理解的藝術(shù)。大多數(shù)傳感器異常都可以快速解決:
檢查電源。
檢查時(shí)鐘。
檢查內(nèi)存。
檢查測(cè)試設(shè)備的參考位置和接地位置。
通常,明顯的傳感器異常實(shí)際上是在惡劣環(huán)境中運(yùn)行的良好傳感器。為了確定問題出在傳感器本身,您可以通過檢查和仔細(xì)檢查傳感器的電路調(diào)試程序來節(jié)省數(shù)小時(shí)的時(shí)間和挫敗感,可以在
《模擬電路故障排除》
一書中找到[4]。
在調(diào)試一個(gè)有故障的傳感器(例如線路的塵埃)時(shí),您可以確信數(shù)千個(gè)據(jù)稱相同的單元工作得很好。因此,當(dāng)每個(gè)組件都連接并正常運(yùn)行時(shí),您可以確保設(shè)備也能正常工作。在調(diào)試首次原型時(shí),缺乏這種保證,其中從未生產(chǎn)或證明過類似的電路。因此,挑戰(zhàn)在于注意手頭的傳感器與其數(shù)千個(gè)前代傳感器有何不同。
傳感器的可重復(fù)性就是一切。再多的電子設(shè)備也無法校正對(duì)溫度和壓力響應(yīng)不可預(yù)測(cè)的傳感器。揭示傳感器不可重復(fù)性原因的幾個(gè)技巧已經(jīng)一次又一次地被證明。但是,您必須決定哪些適用于您的傳感器組件:
慢溫度階躍循環(huán)
高溫浸泡
高溫浸泡、壓力滯后檢查
電源抑制測(cè)試 在整個(gè)溫度范圍內(nèi)
通過從最低極端到最高極端的小增量步進(jìn)溫度,慢溫度步進(jìn)循環(huán)測(cè)量失調(diào)和跨度隨溫度的變化。大多數(shù)傳感器在+25°C下進(jìn)行測(cè)試,然后在-40°C下測(cè)試,然后在+125°C(或+85°C)下進(jìn)行測(cè)試,然后再次在+25°C下進(jìn)行測(cè)試。 此過程稱為三溫測(cè)試,假設(shè)傳感器在中間溫度點(diǎn)表現(xiàn)出平滑和連續(xù)的行為。
但兩者之間到底發(fā)生了什么?在任何好的傳感器上嘗試此測(cè)試:以 15°C 為增量將溫度從室溫循環(huán)到冷、熱、冷、熱,然后回到室溫,測(cè)量每個(gè)級(jí)別的傳感器響應(yīng)。如果傳感器的額定溫度為-40°C至+125°C,請(qǐng)嘗試超出這些限制的溫度循環(huán),例如-55°C至+150°C。 偏移和跨度在每個(gè)周期上是否遵循相同的曲線,還是每個(gè)周期產(chǎn)生不同的曲線?該測(cè)試超出了傳感器的指定工作范圍,但很高興知道在該范圍之外不會(huì)發(fā)生突然的災(zāi)難性故障。
在可靠性方面,傳感器輸出在極端情況下的行為與故障一樣有趣。曲線是否在接近或剛剛超過工作溫度限制時(shí)表現(xiàn)出明顯的拐點(diǎn)?什么材料或電學(xué)性質(zhì)已經(jīng)改變或成為主導(dǎo)因素導(dǎo)致這種拐點(diǎn)?拐點(diǎn)通常在正常工作范圍內(nèi)開始,表明聚合物材料通過前面描述的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)入玻璃相。在原始設(shè)計(jì)中是否考慮了替代屬性(溫度系數(shù)、楊氏模量等)?當(dāng)設(shè)備從玻璃相中出來時(shí),它是否恢復(fù)到原來的應(yīng)力水平和/或位置?否則,輸出中可能存在溫度遲滯。
高溫浸泡測(cè)試檢查材料的穩(wěn)定性。從 25°C 開始,驗(yàn)證傳感器的運(yùn)行情況,然后監(jiān)控傳感器輸出,同時(shí)將溫度快速運(yùn)行到最高工作水平或更高。在保持高溫的同時(shí)記錄幾個(gè)小時(shí)的輸出。在此保持時(shí)間內(nèi)的輸出變化表明,當(dāng)組件在高溫下達(dá)到平衡時(shí),傳感器上的熱梯度會(huì)導(dǎo)致輸出方差(不太有趣),或者材料蠕變(更有趣),當(dāng)材料通過放松或移動(dòng)到應(yīng)力較小的狀態(tài)來響應(yīng)應(yīng)力時(shí),就會(huì)發(fā)生這種變化。
哪種材料在蠕變?檢查塑料和聚合物。要確定哪個(gè)是罪魁禍?zhǔn)?,?qǐng)使用不同的材料(例如保護(hù)涂層)構(gòu)建傳感器,使用或多或少的相同材料或缺少可疑材料的傳感器。然后,在修改后的單元和(理想情況下)控制單元上重新運(yùn)行測(cè)試,以查看屬性是否更改。
帶有壓力滯后檢查的高溫浸泡測(cè)試與上述類似,但它在循環(huán)壓力從最小到最大時(shí)監(jiān)控輸出,而不是隨著時(shí)間的推移監(jiān)測(cè)輸出。壓力輸出信號(hào)是否每次都遵循相同的曲線?如果沒有,某些材料可能會(huì)由于施加的壓力而松弛或蠕動(dòng)。作為最終測(cè)試,將壓力設(shè)置為最大并保持穩(wěn)定,同時(shí)將設(shè)備恢復(fù)到室溫(或更低),然后將壓力降低到零。輸出是否立即穩(wěn)定為零值?是否需要幾個(gè)小時(shí)或幾天才能返回到測(cè)試開始時(shí)記錄的零值?如果是這樣,請(qǐng)檢查聚合物材料。此外,考慮任何機(jī)械組件,其中兩種不同的材料相互接觸,導(dǎo)致摩擦滑動(dòng)條件。
對(duì)于電源抑制隨溫度變化的測(cè)試,只需在幾種不同溫度下從最小值循環(huán)到最大值即可。最高、最低和室溫通常就足夠了。在每個(gè)溫度下,電源電壓變化引起的輸出變化是否相同?輸出在熱或冷時(shí)是否明顯更嘈雜(或更安靜)?IC在不同溫度下具有不同的電源抑制特性,但外部電容器(單片、鉭、電解)對(duì)這些特性的基值有顯著影響。電路設(shè)計(jì)應(yīng)通過分析最壞情況的影響(例如元件值隨溫度的變化)來考慮這些因素。
該測(cè)試提供了探索電路特性的機(jī)會(huì),例如低壓工作點(diǎn)和啟動(dòng)復(fù)位操作。在每個(gè)溫度下,緩慢降低電源電壓,直到傳感器停止工作。當(dāng)它停止工作時(shí),將電壓撥回其正常工作范圍,并查看電路是否恢復(fù)并開始工作。此過程測(cè)試設(shè)計(jì)對(duì)電源異常隨溫度變化的魯棒性。另一方面,不建議檢查高壓工作能力,因?yàn)樵摐y(cè)試通常是讓IC冒煙的可靠方法。
關(guān)于可靠傳感器生產(chǎn)的最后一點(diǎn)涉及變化,這可以說是大批量汽車制造的主要問題。由于變化通常會(huì)帶來麻煩,因此大多數(shù)從事該行業(yè)多年的汽車制造工程師都感到恐懼和恐懼??此莆⒉蛔愕赖男∽兓赡軙?huì)使車身和裝配廠每天耗資數(shù)百萬美元的運(yùn)營(yíng)停滯不前。為了說明這種效應(yīng),數(shù)學(xué)家Benoit Mandlebrot提出,中國(guó)一只蝴蝶的翅膀引入的擾動(dòng)可能會(huì)在半個(gè)地球引起颶風(fēng)。
請(qǐng)務(wù)必為制造、材料或組件的任何建議更改創(chuàng)建驗(yàn)證計(jì)劃。核查計(jì)劃概述了為證明沒有不利影響而進(jìn)行的測(cè)試。它應(yīng)該復(fù)制所有下游車輛組裝和測(cè)試操作,以及車輛道路測(cè)試。
許多變更決策的共同點(diǎn)是降低成本。當(dāng)為了節(jié)省成本而改變時(shí),在沒有完全理解或驗(yàn)證后果的情況下,結(jié)果可能是一場(chǎng)災(zāi)難。沒有什么能比得上精心設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性價(jià)比(這意味著它代表了對(duì)材料和工藝的具有成本效益的選擇和評(píng)估),并且在定義明確的制造工藝中以高產(chǎn)量運(yùn)行。對(duì)于降低成本的戰(zhàn)略家來說,最好的建議是專注于下一代設(shè)計(jì),而不要管現(xiàn)有產(chǎn)品。
審核編輯:郭婷
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