傳感器技術(shù)——傳感器的選用原則

1、傳感器技術(shù)傳感器的選用原則,1,4.11 傳感器的選用原則,一般，傳感器靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，就意味著傳感器所能感知的變化量越小，因此當(dāng)被測量產(chǎn)生微小變化時(shí)，傳感器就有較大的輸出。 但是應(yīng)考慮到，靈敏度越高，與測量信號無關(guān)的外界干擾也越容易混入，并被放大裝置所放大。 因此，必須考慮既要檢測微小量值，又要防止干擾。這就要求系統(tǒng)具有高的信噪比。 此外，與靈敏度緊密相關(guān)的是測量范圍。除非有專門的非線性校正措施，最大輸入量不應(yīng)使傳感器進(jìn)入非線性區(qū)域，更不能進(jìn)入飽和區(qū)域。,1）靈敏度,一般，傳感器靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，就意味著傳感器所能感知的變化量越小，因此當(dāng)被測量產(chǎn)生微小變化時(shí)，傳

2、感器就有較大的輸出。 但是應(yīng)考慮到，靈敏度越高，與測量信號無關(guān)的外界干擾也越容易混入，并被放大裝置所放大。 因此，必須考慮既要檢測微小量值，又要防止干擾。這就要求系統(tǒng)具有高的信噪比。 此外，與靈敏度緊密相關(guān)的是測量范圍。除非有專門的非線性校正措施，最大輸入量不應(yīng)使傳感器進(jìn)入非線性區(qū)域，更不能進(jìn)入飽和區(qū)域。,1）靈敏度,傳感器技術(shù)傳感器的選用原則,2,在所測頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真測量條件。 此外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一定遲延，為了保證測量不失真，總希望遲延時(shí)間越短越好。 一般來講，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)較快，工作頻率范圍寬。 而對于結(jié)構(gòu)型傳感器，如電感、電

3、容、磁電式傳感器等，往往由于結(jié)構(gòu)中的機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制，其固有頻率低，工作頻率較低。 在動態(tài)測試中，傳感器的響應(yīng)特性對測試結(jié)果有直接影響，在選用傳感器時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測物理量的變化特點(diǎn)（如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等）。,2）響應(yīng)特性,在所測頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真測量條件。 此外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一定遲延，為了保證測量不失真，總希望遲延時(shí)間越短越好。 一般來講，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)較快，工作頻率范圍寬。 而對于結(jié)構(gòu)型傳感器，如電感、電容、磁電式傳感器等，往往由于結(jié)構(gòu)中的機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制，其固有頻率低，工作頻率較低。 在動態(tài)測試中，傳感器的響應(yīng)特性對測試結(jié)

4、果有直接影響，在選用傳感器時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測物理量的變化特點(diǎn)（如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等）。,2）響應(yīng)特性,傳感器技術(shù)傳感器的選用原則,3,任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。 線性范圍越寬，表明傳感器的工作量程越大。 使傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測試精確度的基本條件。 例如，測力彈性元件，其材料的彈性限是決定測力量程的基本因素，當(dāng)超過彈性限時(shí)，將產(chǎn)生線性誤差。 同時(shí)應(yīng)該看到，任何傳感器都不可能保證其絕對線性，通常在許可限度內(nèi)，可以在其近似線性區(qū)域內(nèi)使用。 因此，選用傳感器時(shí)，必須考慮被測物理量的變化范圍，令其線性誤差在允許范圍以內(nèi)。,3）線性范圍,傳感器技術(shù)傳感器

5、的選用原則,4,可靠性是指儀器、裝置等產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可完成規(guī)定功能的能力。 例如，電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會影響其絕緣性，溫度會影響其零漂，長期使用會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象；對于變間隙型的電容傳感器，環(huán)境濕度或浸入間隙的油劑，會改變介質(zhì)的介電常數(shù)；光電傳感器的感光表面有塵埃或水汽時(shí)，會改變光通量、偏振性或光譜成分；對于磁電式傳感器或霍爾效應(yīng)元件等，當(dāng)在電場、磁場中工作時(shí)，也會帶來測試誤差。 在機(jī)械工程中，有些機(jī)械系統(tǒng)或自動化加工過程，往往要求傳感器能長期使用而不需要經(jīng)常更換或校準(zhǔn)，其工作環(huán)境往往又比較惡劣，存在塵埃、油劑、溫度、振動等嚴(yán)重干擾。例如，熱軋機(jī)系統(tǒng)中控制鋼板厚度的射線檢測裝

6、置，用于自適應(yīng)磨削過程的測力系統(tǒng)或零件尺寸的自動檢測裝置等。在這些情況下，都對傳感器的可靠性提出了更加嚴(yán)格的要求。,4）可靠性,傳感器技術(shù)傳感器的選用原則,5,傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測真值一致的程度。 然而，傳感器的精確度也并非越高越好，還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精確度越高，價(jià)格就越昂貴。 因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，尤其應(yīng)從測試目的出發(fā)來選擇。首先應(yīng)了解測試目的，判定是定性分析還是定量分析。如果是屬于相對比較的定性試驗(yàn)研究，只須獲得相對比較值即可，無須要求絕對量值。如果是定量分析，則必須要獲得精確值，因此要求傳感器有足夠高的精確度。 例如，為了研究超精密切削機(jī)床運(yùn)動部件的定位精確度、主軸回轉(zhuǎn)

7、運(yùn)動誤差、振動及熱變形等，往往要求測量精確度在0.10.01 mm范圍內(nèi)。欲測得這樣量值，必須采用高精確度的傳感器。,5）精確度,傳感器技術(shù)傳感器的選用原則,6,接觸式與非接觸式測試、在線與非在線測試等，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。 工作方式不同，對傳感器的要求也不同。在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動部件的測試中（如回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)誤差、振動、扭力矩等），往往需要非接觸測試。因?yàn)閷Σ考慕佑|式測試不僅會造成對被測系統(tǒng)的影響，而且還存在諸如測量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動等問題。而采用電容式、渦電流式等非接觸式傳感器，將會更加方便。 在線測試是與實(shí)際情況更接近一致的測試方式。特別是自動化過程的控制與檢測系統(tǒng)，必須在現(xiàn)場實(shí)時(shí)條件下進(jìn)行檢測。實(shí)現(xiàn)在線檢測是比較困難的，對傳感器及測