一、概述
所有应变式称重传感器（以下简称称重传感器）和由称重传感器组成的电子称重系统，都将随着时间或使用而出现性能波动，不能完成规定功能并终失效（不稳定）。称重传感器从开始使用到失效前的时间是不确定的，可靠性就是研究在规定的条件和时间内，称重传感器的平均无故障工作时间、工作失效率和可靠寿命，这对提高称重传感器组装的电子衡器和电子称重系统的可靠性至关重要。因此，可靠性已成为称重传感器非常重要的质量指标和市场竞争的决定性标志。
国际标准化组织（iso8402）对于可靠性的定义：“单元在给定的环境及运行条件下和在给定的 时间内，完成规定功能的能力”。这里“单元”一词是讲作为一个整体来考虑的对象，它可以是一个 元件，一个子系统，一个系统。单独考虑称重传感器它就是一个元件，与称重系统一起考虑它就是 子系统或系统中的重要环节。“时间”应从广义角度去理解，就称重传感器或电子衡器而言，它是受 应力循环的次数。对于质量的定义：“产品的质量反映产品满足明确和隐含需要的能力的特征总和”。 “需要”按定义可包括性能、可用性、可信性、可靠性等，这里的“性能”是需要的一个方面，是中心 考虑的问题，而可靠性就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。根据上述定义， 把不能完成规定功能的状态称为故障或失效。
可靠性的核心是故障，即可靠性是由产品的故障引发 出来的。失效——故障——可靠性——可靠度，四者之间密切相关，构成了因果链。从上述可靠性 理论可以得出称重传感器的可靠性就是在规定的环境条件下无故障的持续工作时间。可靠性是由称 重传感器故障引发出来的，可靠度是用来度量称重传感器可靠性水平的数值，是在统计称重传感器 工作时间和故障次数的基础上进行数据处理的结果。若要达到较高的可靠性水平，必须作好称重传 第十一届称重技术研讨会论文集 2012.5·南京 2 称重科技 2012.5·南京 感器的可靠性设计、控制和管理。
二、应变式称重传感器的可靠性
20 世纪 90 年代以来，我国称重传感器和电子衡器在工业与商业称重计量中得到广泛应用，称 重传感器的稳定性和可靠性问题，越来越引起用户的普遍关注。在目前条件下，研制生产出较高准 确度等级的称重传感器并非难事，但研制生产出具有较高稳定性和可靠性的称重传感器并非易事。 在多次国际学术会议和学术交流中，各国专家一致认为就称重传感器的工作原理、结构特点、 制造工艺和应用条件而言，它应属于半永久性的工作器件，ip67、ip68 防护密封等级的称重传感器 应能稳定可靠的工作 10 年以上。
根据产品可靠性定义和称重传感器的实际应用情况，其可靠性定义为：称重传感器在规定的使 用条件下和一定的时间内完成规定功能的能力或概率。具体来说，就是在规定的使用条件下和一定时间内，称重传感器保持其各项技术性能并稳定工作的能力，多以无故障工作时间或可靠寿命来度量。众所周知，称重传感器主要用于各种电子衡器和电子称重系统，要求综合性能好且稳定，即非线性、滞后误差和灵敏度温度影响等所有偏差之和，应处于某一允许误差带之内。其中零点和灵敏度的稳定性直接影响称重传感器的长期稳定性和工作可靠性。目前，国内外对传感器可靠性多集中在一些可靠性要求高的系统上，例如运载火箭与导弹、卫星与宇宙飞船、军用与民用飞机、大型工业控制系统等。对于这些系统所用的各种传感器，根据4 个可靠性基本函数，进行各项试验，完成了大量的数据采集、分析处理工作。美国的可靠性分析中 心和我国的军事科研部门都累积了大量的传感器可靠性数据。对于称重传感器可靠性的研究，国内 外还只限于可靠性分析和跟踪测试阶段。 可靠性分析贯穿于称重传感器设计、制造、使用的全过程，它是可靠性研究的重要环节。主要 是故障（失效）机理分析，通过对故障进行宏观到微观分析，查找故障原因，摸清故障的内在规律， 从而采取相应对策，提高称重传感器的固有可靠性。
跟综测试是经济适用的研究称重传感器可靠性的简易方法，国内外一些企业在这方面进行了两 种工作。一种是在试验室环境条件下，对称重传感器的贮存寿命进行了跟踪测试；一种是在使用环 境条件下，对称重传感器的无故障工作时间，即使用寿命进行了跟踪测试。寿命试验是可靠性试验 中的重要内容，除贮存寿命试验外还有损耗寿命试验、加速寿命试验等。建议生产企业与使用单位 密切配合，互相进行信息交流，积累称重传感器的无故障工作时间等可靠性数据。
三、应变式称重传感器的可靠性设计
把比较复杂系统的可靠性设计方法引入称重传感器可靠性设计，采用系统化的分析程序进行故障模式与严重度分析，查明可能存在的隐患，采取措施改进设计，目前还有较大困难。因为称重传感器的可靠性是属于指数分布还是威布尔分布还有待于进一步认识。但根据称重传感器的工作原理、制造工艺和应用情况，从残余应力影响，元器件和密封材料老化，电阻应变计疲劳积累等方面分析，一个合乎逻辑的处理就是按其功能将称重传感器各个相互作用又相互依赖的组成部分，独立出来分别研究其可靠性。例如弹性元件材料及热处理；电阻应变计及应变胶粘剂；电路补偿元器件与补偿工艺；防护密封材料与密封工艺等。
称重传感器的技术指标确定后，不能像设计一个比较复杂系统那样，将技术指标分配给各分系统、单机或部件，为可靠性设计提供定量的目标。因为称重传感器的各组成部分是相互作用又相互依赖的，可以说都是称重传感器的基础，哪一个环节的故障率高，都对称重传感器的可靠性产生较大影响，因此，必须作好称重传感器可靠性的基础设计。
1、弹性元件的可靠性设计
弹性元件的结构是称重传感器的基础，是稳定性和可靠性的重要因素。因此，弹性元件及其保第十一届称重技术研讨会论文集2012.5·南京 4 称重科技 2012.5·南京 护外壳、焊接密封膜片、上下承载压头和压垫的设计，必须保证称重传感器受载后在结构上不产生 性能波动，或使其性能波动减至小。为得到较高的可靠性，在弹性元件结构设计时应尽量作到： 应变区受力单一，应力分布均匀，应变程度不应太高，非应变区应处于低应力水平，即应变区之外 不能有高于应变区的应力场和应力集中处；通过自身结构或利用保护外壳使其具有较强的抗偏心和 侧向载荷的能力，克服非测量载荷的影响；安装力远离应变区，引入载荷的压头和承受载荷的压垫 受力合理，避免载荷引入点和支承点的位移；粘贴电阻应变计的表面尽量为平面，并有足够的工作 面积，为贴片作业和防护密封创造有利条件。尽管称重传感器属于装配部件，但为了获得佳性能 和保证它能稳定可靠的工作，在结构设计时必须尽量减少零部件，提高集成化程度，尽可能是一个 整体结构，因为各连接件之间的位移都可以引起非线性和离散性。
2、弹性元件材料及热处理工艺选择
弹性元件材料及热处理工艺对称重传感器的综合性能指标，长期稳定性和工作可靠性有较大影响，是称重传感器可靠性设计的关键问题。特别是不锈钢弹性元件材料的固溶热处理工艺及时效方法直接决定称重传感器的性能和可靠性。从弹性元件材料的弹性模量、滞弹性效应、残余应力影响和抗疲劳等方面考虑，应尽量选择弹性极限和屈服极限高；弹性模量的时间与温度稳定性好；弹性滞后与弹性后效小；耐振动、冲击，抗疲劳能力强；锻造、机械加工和热处理工艺性能好且产生残余应力小的金属材料。要使某一种金属材料同时具备上述各项性能是很难作到的，但可以通过某些控制方法和处理后，使其尽量满足或接近上述各项要求。
在弹性元件材料上提高称重传感器可靠性的有效途径是严格要求成份的纯度和材质的均匀性，不突出某一单项指标，追求综合性能良好，特别要试验出佳热处理工艺和时效制度。例如0cr17ni4cu4nb 沉淀硬化不锈钢，就必须在固溶热 处理工艺及两次时效法或冷却处理加时效法上多进行试验，确定满足称重传感器综合能和可靠性要 求的热处理与时效工艺制度
3、电阻应变计选择
电阻应变计是称重传感器的核心部件，其稳定性和可靠性在很大程度上决定称重传感器的稳定性和可靠性，因此是可靠性控制的重要环节。由于电阻应变计试验测试后不能二次使用，只能测量出实验室环境条件下的疲劳寿命，这给研究工作带来较大困难。目前国内外称重传感器生产企业，对电阻应变计可靠性的控制，通常围绕敏感栅结构形式、影响可靠性的诸因素和工作特性筛选等问题进行。
4、电路补偿与调整原材料、元器件的选用
电路补偿与调整所用的原材料、元器件与电阻应变计一样，都是影响称重传感器可靠性的基本单元，为提高称重传感器的可靠性，必须认真选择原材料、元器件并进行严格的环境应力筛选，一般应遵循下列原则：（1）在广泛调研基础上编制原材料、元器件优选目录，避免盲目选用而引入档次低或不合格 原材料、元器件； （2）对原材料、元器件进行综合评价，主要是可靠性、可用性、适应性、经济性和生产一致 性五项指标，以保证称重传感器各项电路补偿与调整指标的稳定性和可靠性，应在评价和试验的基 础上决定是否选用； （3）对原材料、元器件的生产厂家进行质量认证，必须经权威机构认证合格，并以此作为原 材料、元器件选点和选用依据； （4）对可靠性有较大影响的关键元器件应进行严格的环境应力筛选。
5、电桥及补偿电路的简化设计
提高称重传感器可靠性的重要措施之一，是对电桥及补偿电路，补偿与调整工艺进行简化设计。其设计原则是尽量减少各种补偿电阻、焊线端子、焊线接线板等元器件的数量，优化制造工艺，避免或减少重复焊接，尽量使工序作业一次就做到优秀。电桥及补偿电路简化设计对于称重传感器可第十一届称重技术研讨会论文集2012.5·南京 7 称重传感器与称重仪表篇 靠性的主要贡献是： （1）元器件数量减少，使焊点数量也随之减少，从而减少了出现故障的机会；
（2）提高工艺性，便于生产过程质量控制，减少了降低可靠性的因素；
（3）容易实现标准化、通用化的高效智能电路补偿与调整工艺，有利于多品种、小批量生产， 并能较大限度的减少人为差错。