TW202225653A

TW202225653A - 壓力感測器的壽命檢測裝置及應用其之檢測方法

Info

Publication number: TW202225653A
Application number: TW109144325A
Authority: TW
Inventors: 陳碩卿
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-07-01
Also published as: TWI771825B

Abstract

一種壓力感測器的壽命檢測裝置及應用其之檢測方法，壽命檢測裝置包含：第一、二板件，第一板件具有承載受測壓力感測器的平台；一對驅動器，其兩端分別連接第一板件與第二板件；一對線性滑移機構，設置在第一、二板件之間，其分別具有滑軌與沿著滑軌移動的滑塊，沿滑軌的軸向上各設有一壓縮彈簧；一治具，設置於第一板件與第二板件之間並面對受測壓力感測器；一處理單元，電連接驅動器與受測壓力感測器，用以控制驅動器之移動方向、速度及行程，使受測壓力感測器抵觸或遠離治具的一表面。

Description

壓力感測器的壽命檢測裝置及應用其之檢測方法

本發明為一種壽命檢測裝置及檢測方法，特別是有關於一種能周期性重覆模擬壓力感測器在使用環境中的壓力及時間曲線並記錄、分析比對壓力感測器檢測數據以判斷使用壽命的壽命檢測裝置及檢測方法。

發明人先前所公開之台灣專利公告號TWI674959B之「模具內之壓力與溫度的感測裝置」為一種模具內之壓力與溫度的感測裝置，特別是有關於在模穴內的同一位置進行模具之溫度與壓力變化的即時量測之感測裝置。為了證明該裝置使用壽命的可靠性，因此例如應用於壓鑄工藝時需要設計一個模擬受測感測器的使用環境及將該感測器安裝於其環境內，並模擬感測器在使用週期內，感測器經歷的溫度及壓力變化歷程，並可週期性反覆執行，直到受測的感測器失效的壽命檢測平台。

台灣專利TWBN-483525「定值壓力測試機構」揭露一種定值壓力測試機構，其主要係於一可水平移動的固定板上利用襯套設有一可上、下滑動的滑桿，又滑桿於固定板下方的底端固設有一連接座，該連接座上設有一具探測棒的測試裝置；其特徵在於：測試裝置主要係由一中空筒體所構成，筒體內形成有一可供滑設探測棒的階級孔，而探測棒頂端形成有可與階級孔形成活塞效果的塞部，且探測棒底端具倒錐狀探測頭，再者筒體可分別由探測棒塞部上、下方進氣，使探測棒可獲得定值的壓力，藉此組構成一可保持下壓力量均等的定值壓力測試機構。惟該專利主要著重在機構的測試壓力如何保持等力，以維持測試的準確性，並以一採測棒接觸該接觸面板進行氣壓輸出的平衡。

本發明的目的在於提供一種可依據受測壓力感測器的實際使用周期之壓力與時間曲線，反覆地控制驅動器以提供壓力與時間的模擬環境，並能比對受測壓力感測器的實際記錄數據，以判斷是否到達服務壽命。

為達成上述目的，本發明提供一種壓力感測器的壽命檢測裝置，適於對一受測壓力感測器進行週期性的應用環境模擬檢測，該受測壓力感測器具有一接受一壓力的感測口，該壽命檢測裝置包含下列結構：一第一板件，其具有一平台，用以承載受測壓力感測器；一第二板件，係與該第一板件互呈平行且具有一面對該平台的板面；一對驅動器，係設置於該第一、二板件之間，每一該驅動器之一第一端連接該第一板件、背向該第一端的一第二端連接該第二板件；一對線性滑移機構，設置於該第一板件與該第二板件之間，係分別具有一滑軌與一沿著該滑軌線性移動的滑塊，沿該滑軌的軸向上各設有一壓縮彈簧；一治具，係設置於該第一板件與該第二板件之間，且面對該受測壓力感測器；以及一處理單元，係電性連接該對驅動器與該受測壓力感測器，用以根據一控制訊號控制該對驅動器之移動方向、移動速度及移動行程，使該受測壓力感測器抵觸或遠離該治具的一表面。

在一些實施方案中，該第一板件與該對壓縮彈簧之間的該對滑軌上分別設置一對限位塊。

在一些實施方案中，該對驅動器可為馬達型式驅動器、氣缸型式驅動器或氣動式肌腱驅動器。

在一些實施方案中，更包含電性連接該處理單元並設置於該滑塊與該第二板件之間的平台壓力計，用以感測該對線性滑移機構實際施加於該受測壓力感測器的壓力。

本發明的至少具有下列特點：本發明應用氣動肌腱驅動器的實施例中，以其控制第一溫控治具與第二溫控治具的相對運動，可提供擬真時間與位移(可控壓力)的比例控制。本發明應用氣動肌腱驅動器的實施例中，以其控制第一溫控治具與第二溫控治具的相對運動，可提供快速復歸的能力，極適於用在本發明之需要反覆作動的壽命檢測領域，可大量縮減裝置復歸時間。本發明提供真實作業環境的模擬，可在測試過程中獲得接近真實使用下的壽命，更可利用測試過程中的壓力與時間曲線與真實的壓力與時間曲線比對，可進一步即時監控誤差大小，以提供是否中斷測試的依據，節省錯誤的測試所浪費的時間。本發明提供同步感測之真實壓力溫度與被檢測感測器的壓力與溫度數據，得以獲得被檢測感測器之感測準確度。以往力量測試校正裝置受限於恆定施加壓力或恆定環境溫度，無法模擬許多工業上實際使用環境，且無法測試感測器使用壽命，而本發明所建立之測試裝置及檢測方法，可進行感測器性能驗證及壽命測試。利用本發明提出之檢測裝置及檢測方法，可應用於壓力/溫度感測器校驗，以及使用壽命判定，節省整體測試時間、物料成本及人力成本、開拓新的應用市場。

1,1’:壓力感測器的壽命檢測裝置

11:第一板件

111:平台

112:第一冷卻循環單元

12:第二板件

121:板面

13:驅動器

131:第一端

132:第二端

14:線性滑移機構

141:滑軌

142:滑塊

143:擋塊

15:連接板

151:第二冷卻循環單元

16:壓縮彈簧

17:夾具

171:第一溫控單元

1711:第一溫度計

172:第一隔熱件

18:治具

181:表面

182:第二溫控單元

1821:第二溫度計

183:第二隔熱件

1831:開口

19:處理單元

21:限位塊

31:平台壓力計

C1:施壓壓力曲線

C2:受測壓力感測器的壓力感測資訊

C3:平台壓力計的壓力感測資訊

W,W’:受測壓力感測器

W1:感測口

W2:溫度感測器

S11至S16:一實施例之壓力感測器的壽命檢測方法之步驟

S21至S27:另一實施例之壓力感測器的壽命檢測方法之步驟

[圖1]為本發明一實施例之壓力感測器的壽命檢測裝置的前視爆炸示意圖；

[圖2]為本發明一實施例之壓力感測器的壽命檢測裝置的預備階段之相關位置的前視圖；

[圖3]為本發明一實施例之含有溫度變化的壓力感測器的壽命檢測裝置的預備階段之相關位置的前視圖；

[圖4]為圖3實施例之壓力感測器的壽命檢測裝置的初期階段之相關位置的前視圖；

[圖5]為圖4實施例之壓力感測器的壽命檢測裝置的加壓階段之相關位置的前視圖；

[圖6]為本發明一實施例之壓力感測器的壽命檢測方法的流程圖；

[圖7]為本發明另一實施例之壓力感測器的壽命檢測方法的流程圖；及

[圖8]為本發明一實施例之壓力感測器的壽命檢測方法的施壓壓力曲線、受測壓力感測器記錄的壓力感測資訊與裝置壓力計的壓力感測資訊之曲線圖。

茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。

以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。

請參照圖1及圖2所示。本實施例之壓力感測器的壽命檢測裝置1可適於對一受測壓力感測器W進行週期性的應用環境模擬檢測，該受測壓力感測器W具有一接受一壓力的感測口W1，該壓力感測器的壽命檢測裝置1包含下列結構：

一第一板件11，其具有一平台111，該平台111可承載上述之受測壓力感測器W；一第二板件12，係與該第一板件11互呈平行且具有一面對該平台111的板面121。

一對驅動器13，係設置於該第一板件11與第二板件12之間，驅動器13的第一端131連接該第一板件11、背向該第一端131的一第二端132連接該第二板件12，使該驅動器13可相對該第一板件11而水平地移動該第二板件12，而其移動的速度視該驅動器13的特性而定，例如該驅動器13可採用馬達型式驅動器、氣缸型式驅動器或氣動式肌腱驅動器，當採用氣動式肌腱驅動器作為該驅動器13時，可較採用馬達型式驅動器更有力量地、更快速地來回驅動該第二板件12，得以在極短的時間內迅速地升、降速或改變行進方向。

一對線性滑移機構14，係設置於該第一板件與該第二板件之間，該對線性滑移機構14分別具有一滑軌141與一沿著該滑軌141線性移動的滑塊142，且沿該滑軌141之中心軸的軸向上各設有一壓縮彈簧16，以圖1及圖2實施例而言，該滑軌141可採用光軸、該滑塊142可採用穿過光軸的塊體。該滑軌141固設於該第一板件11，該滑塊142設置於該第二板件12。另外，實際實施態樣之一者，可採用一連接板15分別連接於該對滑塊142，該對滑塊142與該連接板15可一體成形為一個構件的形式呈現，而該受測壓力感測器W可直接設置於該平台111上或者透過一安裝在該平台111的夾具17，間接設置於該平台111上。

一治具18，係設置於該第一板件11與該第二板件12之間，例如可設置於該平台111上或該連接板15上，且該治具18的一表面181係面對該受測壓力感測器W。

一處理單元19，係電性連接該對驅動器13與該受測壓力感測器W，用以控制該對驅動器13之移動方向、移動速度及移動行程，使透過該第二板件12的位移，連動該滑塊142沿著該滑軌141移動，進而驅使該連接板15同步作動，以控制設於該連接板15或該第二板件12的該治具18相對該受測壓力感測器W而直線移動，使該表面181抵觸或遠離該受測壓力感測器W之該感測口W1，並可由該感測口W1感測其壓力數據，再傳回該處理單元19。

前述實施例中，該對壓縮彈簧16係可分別套設於該滑軌141上，以保持壓縮及回彈路徑在一直線上，該第一板件11與該對壓縮彈簧16之間並分別設置一固定於滑軌141的限位塊21，藉以定義對壓縮彈簧16之向下壓縮行程之終止位置，亦即可利用限位塊21來控制該治具18之最低行程位置。

另外，為了檢驗該壓力感測器的壽命檢測裝置1的力量控制是否正常運作，該壓力感測器的壽命檢測裝置1可更包含一電性連接該處理單元19之一平台壓力計31，用以感測該對線性滑移機構14實際施加於該受測壓力感測器W的壓力，並將感測數據回傳至該處理單元19。上述之該平台壓力計31可設置於該滑塊142與該第二板件12之間：即該平台壓力計31固定在該第二板件12，該滑塊142再設置於該平台壓力計31；上述之該平台壓力計31也可設置在該限位塊21與該滑軌141之間：即該平台壓力計31固定在該滑軌141、該限位塊21固定於該平台壓力計31上。

值得一提的是，如圖5所示，該平台壓力計31亦可設置於該驅動器13的第一端131鎖接處，以進行壓力間接量測；或者該平台壓力計31可設置於第一隔熱件172與平台111之間或第二隔熱件183與連接板15之間，以進行壓力直接量測，避免經過其它元件，如壓縮彈簧16可能給予的反作用力而必須扣除相對影響數值後，方能得到壓力量測數值，但因此位置臨近該第一溫控單元171或第二溫控單元182，故需選擇較耐高溫的平台壓力計31為佳。

如圖3所示。在另一實施例中，該受測壓力感測器W’是應用於具有溫度變化的環境時，可採用壓力感測器的壽命檢測裝置1’來對壓力感測器W’進行服務壽命的檢測，該受測壓力感測器W’可包含一量測該感測口W1溫度的溫度感測器W2，該溫度感測器W’電性連接該壓力感測器的壽命檢測裝置1’之該處理單元19。該夾具17則可更包含對其夾具17調控溫度(升溫、降溫及偵測溫度)之一第一溫控單元171，該治具18包含對其調控溫度(升溫、降溫及偵測溫度)之一第二溫控單元182，該第一溫控單元171與該第二溫控單元182分別電性連接該處理單元19。

前述，該第一溫控單元171包含一用以量測該夾具17溫度之一第一溫度計1711，該第二溫控單元182包含一用以量測該治具18溫度之一第二溫度計1831。

甚至，該第一溫控單元171能包含設置於該第一板件11的第一冷卻循環單元112，該第二溫控單元182包含設置於該連接板15的第二冷卻循環單元1832。

藉由上述構件，該處理單元19可依需要控制第一溫控單元171升溫該夾具17到達所需的溫度，並以該第一溫度計1711反饋該夾具17即時溫度，再透過該第一冷卻循環單元112降溫，以達到調控溫度的目的；同樣地，該處理單元19可依需要控制第二溫控單元182升溫該治具18到達所需的溫度，並以該第二溫度計1821反饋該治具18的即時溫度，再透過該第二冷卻循環單元151降溫，以達到調控溫度的目的。

如圖3所示。為了使夾具17與治具18之溫度保持穩定，該夾具 17之與該第一板件11的接觸面可設置一第一隔熱件172、該治具18之與該第二板件12的接觸面設置一第二隔熱件183。更甚者，為了降低加熱後的該治具18因熱輻射而對附近的元件產生不良的影響，該第二隔熱件183較佳的實施方式係可設置於該治具18的每個表面，但面對該受測壓力感測器W’的表面開設一供該感測口W1通過的開口1831。

另外，如圖3所示。在驅動器13釋放該第二板件12後，該第二板件12可能會被壓縮彈簧16的回復力回彈，由於該力道頗大，為免機件遭撞擊而導致損壞，在該滑軌141的一端可應用一吸震緩衝材料，例如優力膠等材質設置一擋塊143，以克服此問題。

再請參照圖6及圖2所示。在一壓力感測器的壽命檢測方法的實施例中，其步驟包含：步驟S11，提供如前述圖1、圖2實施例之不含第一溫控單元171、第二溫控單元182的壓力感測器的壽命檢測裝置1。

續行步驟S12，設定該受測壓力感測器W的一測試環境條件，該測試環境條件包括一施壓壓力曲線C1、測試次數。上述該施壓壓力曲線C1係指壓力感測器的壽命檢測裝置1對應於時間變化下，對應地驅動該驅動器13以改變該受測壓力感測器W的受壓壓力。

步驟S13，該處理單元19根據該測試環境條件，驅動該對驅動器13作動以進行力量控制。

步驟S14，擷取並記錄該受測壓力感測器W的壓力感測資訊。

步驟S15，即時儲存並分析該壓力感測資訊與該施壓壓力曲線C1的關係，確認該受測壓力感測器W的測試次數，判斷停機或重新檢測。亦即，當該受測壓力感測器W的測試次數已屆前述測試環境條件中設定的測試次數時，則停止測試，當未達設定的測試次數時，則累記測試次數，並重新檢測。

另外，如圖6所示。為確認壓力感測器的壽命檢測裝置1在進行力量輸出時，是否與對應的該施壓壓力曲線C1之壓力一致，可包含一步驟S16，即時分析該平台壓力計31的壓力感測資訊C3與該施壓壓力曲線C1的對應關係，以判斷該對驅動器13的作動異常時中止檢測。

如圖7及圖3、圖4至圖5所示。在另一壓力感測器的壽命檢測方法的實施例中，其步驟包含：步驟S21，提供如前述圖3實施例之壓力感測器的壽命檢測裝置1’。值得一提的是，該壓力感測器的壽命檢測裝置1’(包含前述壓力感測器的壽命檢測裝置1)可應用該驅動器13進行包含預備階段、初期階段、加壓階段及減壓或除壓階段等動作，各階段說明如下：

如圖3所示為該預備階段之該治具18與該受測壓力感測器W’的相對位置：該受測壓力感測器W’與該治具18的該表面181分離；如圖4所示為該初期階段之該治具18與該受測壓力感測器W’的相對位置：使該受測壓力感測器W’抵觸該表面181；如圖5所示為該加壓階段之該治具18與該受測壓力感測器W’的相對位置：驅動該治具18向該夾具17前進而增加該表面181施加於該受測壓力感測器W’之感測口W1的壓力；如圖4或圖3所示為該減壓或除壓階段之該治具18與該受測壓力感測器W’的相對位置：驅動該治具18遠離該夾具17(即遠離該受測壓力感測器W’)而減少或減除該受測壓力感測器W’的壓力。

於步驟S21之後，續行步驟S22，設定該受測壓力感測器W’的一測試環境條件，該測試環境條件包括一治具18與夾具17之溫度與時間變化的溫度曲線(未圖示)、一驅動該驅動器13進行施壓之壓力與時間變化的施壓壓力曲線C1、一測試次數。

步驟S23，該處理單元19依據該溫度曲線，驅動該第一溫控單元 171與該第二溫控單元182升溫該夾具17與該治具18，以契合該溫度曲線之溫度變化。

步驟S24，該處理單元19依據該施壓壓力曲線C1，驅動該對驅動器13作動，使施加於該受測壓力感測器W’的壓力契合該施壓壓力曲線C1。

步驟S25，記錄該受測壓力感測器W’的壓力感測資訊及其溫度計資訊。

步驟S26，即時儲存並分析該壓力感測資訊C2與該施壓壓力曲線C1的關係、該溫度計資訊與該溫度曲線的關係，並確認該受測壓力感測器的測試次數及該受測壓力感測器W’的服務壽命，判斷停機或重新檢測。

同樣地，為確認壓力感測器的壽命檢測裝置1’在進行力量輸出時，是否與對應的該施壓壓力曲線C1之壓力一致，在該步驟S26之後，可更包含：步驟S27，即時分析該平台壓力31壓力感測資訊C3與該施壓壓力曲線C1的對應關係，以判斷該對驅動器13的作動異常時中止檢測。

圖8繪示出本發明之壓力感測器的壽命檢測方法之在一個測試周期中，對於該受測壓力感測器之對應於時間與壓力的施壓壓力曲線C1、在時間與壓力座標軸中受測壓力感測器記錄的壓力感測資訊C2，與在時間與壓力座標軸中平台壓力計的壓力感測資訊C3之曲線圖。以該施壓壓力曲線C1為基準，對驅動器13進行力量控制，並將平台反饋的壓力，即平台壓力計的壓力感測資訊C3進行誤差比對，若平台壓力計的壓力感測資訊C3偏離對應的該施壓壓力曲線C1之壓力值，則判斷可能該壓力感測器的壽命檢測裝置(1,1’)機件有異常，需停機以排除之。進行該受測壓力感測器記錄的壓力感測資訊C2與該施壓壓力曲線C1的分析，則可判斷出該受測壓力感測器(W,W’)是否已接近或到達服務壽命，進而測得該受測壓力感測器(W,W’)的測試次數，即服務壽命的長度。

上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

1’:壓力感測器的壽命檢測裝置