高稳定宽量程电流传感器测试方法研究

沈阳仪表科学研究院有限公司 徐丹辉 李鸿儒 郑 楠

杭州电子科技大学 白 茹

沈阳仪表科学研究院有限公司 梁永胜 徐海宁 祁 静 金志东

高性能宽量程电流传感器件在仪器仪表、汽车电子等领域应用广泛。因此研究出一套高稳定宽量程电流传感器的测试方法，实现产品规模化生产，对提高产品产业化生产中的批量检测和定标能力有极大的帮助。

1 工作量程评测方法

传感器工作量程是指在规定的输入信号情况下，传感器的输出能够准确反映输入的变化，并符合规定的技术指标，这时的输入信号范围即为传感器的工作量程。

评测方法：传感器按图1的方式接线，高低温试验箱设定在常温工作温度，对传感器输入规定的满量程被测信号，待测表各量程的满量程应处于电流源输出值20%～80%。同时检测传感器的相应输出，传感器的输出值应该符合规定的数值。

2 带宽评测方法

传感器带宽是指传感器正常工作的频率范围。目前国际以及国内没有公认的带宽检测方法，需要采用自制设备自主试验。

图1 电流传感器性能评测方案接线图

图2 电流传感器带宽评测接线图

如图2所示，通过控制信号发生器产生不同频率的源信号，测量并采集相应频率信号条件下的传感器输出幅度和频率，随着输入信号频率的增加，输出信号的频率也随之增加，而传感器输出的幅度不变，当输入信号的频率增加到传感器的输出幅度降低到标准输出的90%的情况下，这时所测量到的输入信号频率即为传感器的工作带宽。

3 分辨力评测方法

传感器分辨力的定义是当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即最小输入增量。可以采取高精度电流表进行观测。在图1所示的评测系统中，通过在零状态下逐渐增加输入电流幅度，同时记录相应传感器输出信号的有效值，根据分辨力的定义，通过分析输入输出数据，并结合传感器的灵敏度信息，可以确定传感器的分辨力。

4 线性度评测方法

线性度指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离参比工作直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与参比工作直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。在图1所示的评测系统中，测量并采集相应幅度信号条件下的传感器输出幅度，可以得到传感器的输入输出曲线。

传感器的端基线性度误差δL按以下公式计算：

式中：

δL——传感器的端基线性度误差；

ΔLmax——同一校准点上正反行程多次测量的输出信号值的算术平均值与参比直线上相应点的最大差值的绝对值；

YFS——表示满量程输出。

5 温度系数评测方法

传感器的温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移程度。一般以温度变化1℃输出最大偏差与满量程的百分比表示。在图1所示的评测系统中，将被测传感器接上辅助电源标称值，放入温度试验箱，分别在参比温度、下限工作温度和上限工作温度，至少各保温2h，使传感器的温度恒定。读取上述温度下传感器的满量程输出值。

热满量程输出漂移δFSt按以下公式计算：

式中：

δFSt——热满量程输出漂移（取绝对值较大值）；

t1——参比温度；

t2——下限或上限工作温度；

yFSt1——参比温度时传感器的实际满量程输出值；

yFSt2——下限或上限工作温度时传感器的实际满量程输出值。

传感器准确度测量方法，可以参考机械行业标准《JB/T7490-2007霍尔电流传感器》中所规定的相关测试和计算方法。

6 准确度评测方法

传感器在规定的参比条件下，接上辅助电源，预热30min后，在记录观察值之前，传感器应在满量程范围内进行三次标准负荷循环，每次标准负荷循环输入从最小逐渐增加到最大，然后再逐渐减少到最小，并在上、下限处各保持10s。

在包括传感器测量上、下限的全量程范围内选择均匀分布的6～11个校准点，其中应包括上、下限的点。作三次或三次以上的标准循环，观察并记录对应每个输入值的输出值。然后根据三次测量值分别计算出传感器的零点输出误差、基本误差、线性度误差、回差、重复性误差。

传感器准确度测量方法，可以参考机械行业标准《JB/T7490-2007霍尔电流传感器》中所规定的相关测试和计算方法。

7 可靠性评测方法

可靠性评测方法分为正常生产过程的评测和周期性检验评测。可以采取老化试验检测平均故障间隔时间，也可第三方委托检测。可靠性评测主要包括：

7.1 筛选试验

产品在功能调试完成后，进行筛选试验：

（1）常温通电老化24h，剔除早期失效产品；

（2）不带电情况下高低温循环2次，剔除焊接中的虚焊隐患；

（3）高低温时的零点和输出测试，剔除温度漂移大的产品。

7.2 环境试验

（1）产品灌封后不带电情况下进行高低温2次循环老化，消除灌封胶的应力影响；

（2）对每批次产品按详细规范的抽样要求进行高低温贮存和高低温工作的性能试验；

（3）在周期性检验中，进行冲击、振动、盐雾的环境试验。

7.3 寿命试验

根据对传感器产品部件寿命的分析，影响传感器整机寿命的关键在于电子元器件的寿命以及焊接过程中的过程缺陷。根据电子产品的工作特点采取高温、满量程加速测试的方法来判定产品的使用寿命。将3只传感器置于极限工作温度，传感器输入满量程的被测信号，在此条件下，以传感器连续工作96h来检验是否满足无故障工作时间大于10000h的指标。

7.4 可靠性试验评估

产品生产中，对测量数据和产品成品率情况统计，验证影响产品可靠性的因素。根据以往的设计制造经验，影响传感器可靠性的主要因素包括：

（1）电子元器件的偶然失效；

（2）线路板焊接中的缺陷隐患；

（3）工艺过程中的不精心操作。

7.5 提高产品可靠性的措施主要有

（1）选用高质量的元器件，降低产品的偶然失效率；

（2）保证产品生产中所有工序的按工艺严格操作，提高产品成品率；

（3）严格老化和筛选，剔除早期失效产品和有质量缺陷的产品。

结束语：通过对高稳定宽量程电流传感器测试方案的不断研究，会逐步提升电流传感器的质量及产品的稳定性，对推动我国电力电子、航空航天、新能源汽车及高性能仪器仪表行业的技术进步、产业升级将会有一定的促进作用。