传感器选用原则详细解说

传感器选用原则详细解说

传感器的灵敏度

    传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即有较大的输出。但灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并且噪声也会被放大。因此，对传感器往往要求有较大的信噪比。

    传感器的量程范围是和灵敏度紧密相关的一个参数。当输入量增大时，除非有专门的非线性校正措施，传感器不应在非线性区域工作，更不能在饱和区域内工作。有些需在较强的噪声干扰下进行的测试工作，被测信号叠加干扰信号后也不应迸入非线性区。因此，过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。

    如被测量是一个向量时，则传感器在被测量方向的灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好；如果被测量是二维或三维向量，那么对传感器还应要求交叉灵敏度愈小愈好。

传感器的线性范围

    任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。

     为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。例如，机械式传感器的弹性元件，其材料的弹性限是决定测量量程的基本因素。当超过弹性极限时，将特产生非线性误差。

       然而任何传感器都不容易保证其绝对线性，在某些情况下，在许可限度内，也可以在其近似线性区域应用。例如，变极距型电容、电感传感器，均采用在初始间隙附近的近似线性区内工作。选用时必须考虑被测物理量的变化范围、令其非线性误差在允许范围以内。

传感器的响应特性

传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。

       一般光电效应、压电效应等物性型传感器，响应时间小，可工作频率范围宽。而结构型，如电感、电容、磁电式传感器等，由于受到结构特性的影响，往往由于机械系统惯性的限制，其固有频率低。

      在动态测量中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。

传感器的稳定性

    传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。

       为了保证稳定性，在选用传感器之前，应对使用环境进行调查，以选择合适的传感器类型。例如电阻应变式传感器，湿度会影响其绝缘性，温度会影响其零漂，长期使用会产生蠕变现象。又如，对于变极距型电容传感器，环境湿度或油剂浸人间隙时，会改变电容器介质。光电传感器的感光表面有灰尘或水泡时，会改变感光性质。对于磁电式传感器或霍尔效应元件等，当在电场、磁场中工作时，亦会带来测量误差。滑线电阻式传感器表面有灰尘时，将会引入噪声。

       在有些机械自动化系统中或自动检测装置中，所用的传感器往往是在比较恶劣的环境下工作，其灰尘、油剂、温度、振动等干扰是很严重的。这时传感器的选用，必须优先考虑稳定性因素。

传感器的精确度

    传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。因为传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。

        然而，传感器的精确度也并非愈高愈好，因为还要考虑到经济性。传感器精确度愈高，价格越昂贵，因此应从实际出发来选择。

       首先应了解测试目的，是定性分析还是定量分析。如果属于相对比较性的试验研究，只需获得相对比较值即可，那么对传感器的精确度要求可低些。然而对于定量分析，为了必须获得精确量值，因而要求传感器应有足够高的精确度。
传感器其它选用原则

    传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。因为测量条件不同对传感器要求也不同。

       在机械系统中，运动部件的被测参数 (例如回转轴的转速、振动、扭矩)，往往需要非接触式测量。因为对部件的接触式测量不仅造成对被测系统的影响，且有许多实际困难，如测量头的磨损、接触状态的变动，信号采集等都不易妥善解决，也易于造成测量误差。采用电容式、涡流式等非接触式传感器，会有很大方便。若选用电阻应变计时，则还需配用遥测应变仪。

       另外，为实现自动化过程的控制与检测系统，往往要求真实性与可靠性。因此必须在现场实际条件下才能达到检测要求，因而对传感器及测试系统都有一定特殊要求。例如，在加工过程中，若要实现表面粗糙度的检测，以往的干涉法、触针式轮廓检测法等都不能应用，而代之以激光检测法。