XX- 34F 大气温度传感器高温无输出故障分析

李彬

（海军装备部，四川 成都610000）

1 问题定位

1.1 产品概述

XX-34F 大气温度传感器安装在某型号直升机前机身左侧下部蒙皮,用于检测大气静温,并将该温度信号转化为电信号传输给大气数据系统。XX-34F 大气温度传感器主要由敏感元件、密封垫片、基座组合、探头、插座等组成。其中,敏感元件选用的是厚膜铂电阻。(产品的结构图如图1 所示)XX-34F 传感器使用铂电阻作为敏感元件,基于金属铂的温度- 电阻特性,其电阻与温度的变化成线性对应,任意一个温度值对应唯一电阻值,这样,传感器将温度信号转换成了电阻信号,供后续电路采集。

1.2 初步分析

取下插座,导线与插针压接可靠,无脱落现象,如图1 所示产品内部灌胶可靠,插座两端导通性正常(电阻均为0.1Ω)。将基座组合与探头分隔开,并将灌胶体(Eccobond104)取出,产品内部灌胶可靠,结构完整,胶体内导线的导通性正常(电阻均为0.1Ω)。将探头内的胶体(DG-11)拨开,漏出敏感元件基体,胶体明显与厚膜铂电阻基体接触,测试两引脚处的电阻,无输出。根据以上分析,确定产品高温之后无输出,是由于敏感元件断路,造成产品无输出的故障现象发生。

2 故障分析

2.1 陶瓷基体断裂

该敏感元件基体材料采用的是高纯度Al2O3陶瓷, 该材料具有较高的热传导性,较小的热膨胀性,较高的机械强度,长期作为厚膜铂电阻基体材料使用。该传感器使用的敏感元件(厚膜铂电阻)为外购件,在入厂时均进行了入厂复验,对外观及性能均进行了检查。另外在传感器装配之前需再次确认其外观及性能完好,故障发生后对对产品进行工业CT 扫描, 未发现陶瓷基体断裂。因此,该因素可以排除。

2.2 印刷线条断路

如图2 前图所示,传感器内部厚膜铂电阻(WZP-08-I)通过灌封1 与灌封2 将其固定在探头内,其中灌封1 的Al2O3起固定和绝缘作用,灌封2 的DG-11 起固定和密封作用,在图样和装配工艺中均未明确灌封1 的具体灌封位置, 会导致在实际装配过程中会出现灌封2 所使用的DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上的印刷线条接触, 在高温环境下, 厚膜铂电阻基体与固化后的DG-11 膨胀系数不一致而出现应力致使印刷线条断裂, 最终出现断路无输出现象。因此,该因素不能排除。

2.3 结论

通过对故障件的分解、观察及分析, 初步判断编号为S004008 的XX-34F 大 气 温 度传感器发生“高温后无输出故障”的原因为:厚膜铂电阻的灌封深度不足,同时图样和装配工艺中未明确灌封1 的Al2O3灌封位置,导致现场装配过程中出现灌封2 的DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上的印刷线条接触,而高温胶(DG-11)固化后与铂电阻基体的热膨胀系数不一致, 导致在高温后膨胀两不一致,在高温环境下,厚膜铂电阻基体与固化后的DG-11 膨胀系数不一致而出现应力致使印刷线条断裂,最终出现断路无输出现象。

3 故障复现

利用现场两件探头仅进行灌封处理, 在灌封时,Al2O3灌封面如图2 尾图所示,让灌封2 所使用的DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上接触,灌封后测试常温性能,探头有输出,然后进行高低温循环(-55℃保温2h,80℃保温2h), 其中一件经过第一轮高低温循环后, 高温无输出,故障复现,另一件总共经过五轮高低温循环,产品性能均合格。经过上述分析, 若装配过程中DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体接触后,经过三次高低温循环基本能够暴露此类故障,故此类故障可以通过三次高低温循环来进行筛选。

图1 温度传感器结构图和故障件分解情况图

图2 敏感元件装配示意图和故障复现灌封位置示意图

图3 基座组合更改前后对照示意图

4 纠正措施及验证情况

针对以上故障原因,采取以下纠正措施。

4.1 增加灌封的深度

4.1.1 将探头的灌封深度加长,即将原深度尺寸为由6mm 的加长为8mm。

4.1.2 为了保证探头加长的可焊接性,将基座组合的内腔壁面加高2mm,即将原壁面高度尺寸由7mm 的加高为9mm。

4.2 明确灌封要求

如图3 所示, 为了避免灌封2 的DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上的印刷线条接触, 在基座组合中明确灌封1 的灌封面位置, 即Al2O3灌封必须在厚膜铂电阻的基体以上, 以保证DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上的印刷线条不会接触。

4.3 更改后验证情况

按照更改技术单生产验证试验件共2 件, 试验件生产完成后按照以下要求进行高低温循环验证试验,试验的具体要求为:

4.3.1 将产品放入温度箱中,启动试验箱,将箱内温度调整到-55℃,待温度稳定后保温2h;

4.3.2 将箱内温度调整到80℃,待温度稳定后保温2h。

4.3.3 重复以上步骤1、步骤2,以完成3 个循环周期。

4.3.4 将试验箱温度恢复常温,并使产品温度达到稳定;恢复至常温后,按照《XX-34F 温度传感器验收试验大纲》进行“常温工作”、“低温工作”、“高温工作”三项试验项目,经三次高低温循环试验后,产品性能合格。

5 结论

通过对故障原因的排查和分析, 编号为S004008 的XX-34F大气温度传感器高温后无输出故障的原因为: 设计图样和装配工艺未明确灌封1 的Al2O3灌封位置未明确,导致现场装配过程中出现灌封2 的DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上的印刷线条接触,在高温环境下,厚膜铂电阻基体与固化后的DG-11 膨胀系数不一致而出现应力致使印刷线条断裂, 最终出现断路无输出现象。通过对产品的结构进行优化设计,增加灌封的深度和明确灌封位置的要求,能有效的避免DG-11 高温胶与厚膜铂电阻基体上的印刷线条接触,从而解决高温无输出故障的发生，措施有效。