熱真空試驗(yàn)是模擬太空環(huán)境的重要手段，用于評(píng)估設(shè)備在極端條件下的性能，在熱真空環(huán)境下，傳感器的工作條件極為苛刻，高溫及真空可能導(dǎo)致傳感器內(nèi)部材料異常，影響傳感器的機(jī)械和電化學(xué)性能穩(wěn)定性。
本文通過熱真空試驗(yàn)，探索極限電流型氧傳感器在熱真空試驗(yàn)中性能的影響，主要內(nèi)容如下。
試驗(yàn)設(shè)備：環(huán)儀儀器 空間環(huán)境仿真系統(tǒng)
試驗(yàn)內(nèi)容：
為研究熱真空對(duì)傳感器性能的影響，選取了2批共10只氧氣傳感器進(jìn)行試驗(yàn)，其中1#~5#進(jìn)行熱真空試驗(yàn)，試驗(yàn)前后測試傳感器氧分壓輸出、精度、響應(yīng)時(shí)間τ0.9，試驗(yàn)后對(duì)樣品進(jìn)行穩(wěn)定性加電考核。
6#~10#作為對(duì)比樣品，在高純氮(純度99.99 %，含氧量約為0.2 Pa)中通電測試。
設(shè)置試驗(yàn)條件為：真空度1.0*10^-3Pa，溫度范圍-35~+50 ℃；加電3.5循環(huán)，每循環(huán)5.5 h。
試驗(yàn)結(jié)果分析：
下表為1#~5#產(chǎn)品熱真空試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)變化。
由表可知，5只產(chǎn)品正常環(huán)境輸出均出現(xiàn)下降，氧分壓下降幅度在-0.12~-1.47 kPa范圍內(nèi)；響應(yīng)時(shí)間均有所增加，增加范圍為4.64~36.13s。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，5只產(chǎn)品試驗(yàn)后性能出現(xiàn)不同程度的衰減，5只樣品中1#、2#產(chǎn)品性能衰減表現(xiàn)最為嚴(yán)重。
熱真空試驗(yàn)過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：
將1#～5#和6#～10#兩組產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下表所示。
由表可知，雖然2組樣品均經(jīng)歷無氧環(huán)境，但是結(jié)果不同。
a.樣品1#~5#在經(jīng)歷熱真空過程中，理論輸出應(yīng)趨近于零，但是其輸出信號(hào)在無氧的條件下仍然表現(xiàn)出氧含量很多的情況，初期表現(xiàn)為0.6~3.0 kPa, 后期為0.3~1.6 kPa, 這與理論值相差較大。
b.樣品6#~10#在經(jīng)歷高純氮環(huán)境時(shí)，其輸出始終與理論值接近。通過兩項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)比可知，同樣經(jīng)歷無氧環(huán)境，在熱真空條件下，傳感器輸出為有氧信號(hào)，說明產(chǎn)品內(nèi)部芯體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，有氧氣析出。
總結(jié)與建議：
1.經(jīng)分析及驗(yàn)證，試驗(yàn)后傳感器的正常環(huán)境輸出降低、響應(yīng)時(shí)間延長，精度出現(xiàn)下漂，試驗(yàn)后長期穩(wěn)定性考核中部分產(chǎn)品輸出繼續(xù)持續(xù)下漂，表明熱真空可導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)較大的漂移失效。
2.熱膨脹系數(shù)不匹配及氧化鋯固體電解質(zhì)在熱真空條件下發(fā)生自身部分電解是影響傳感器性能的主要因素。后續(xù)可通過優(yōu)化材料及電路溫度補(bǔ)償，提高傳感器在極端環(huán)境下的可靠性。
以上就是極限電流型氧傳感器的熱真空試驗(yàn)分析，如有試驗(yàn)疑問，可以咨詢環(huán)儀儀器相關(guān)技術(shù)人員。
