传感器技术课件-传感器的选用原则

4.11传感器的选用原则一般，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，就意味着传感器所能感知的变化量越小，因此当被测量产生微小变化时，传感器就有较大的输出。但是应考虑到，灵敏度越高，与测量信号无关的外界干扰也越容易混入，并被放大装置所放大。因此，必须考虑既要检测微小量值，又要防止干扰。这就要求系统具有高的信噪比。此外，与灵敏度紧密相关的是测量范围。除非有专门的非线性校正措施，最大输入量不应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。1）灵敏度一般，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，就意味着传感器所能感知的变化量越小，因此当被测量产生微小变化时，传感器就有较大的输出。但是应考虑到，灵敏度越高，与测量信号无关的外界干扰也越容易混入，并被放大装置所放大。因此，必须考虑既要检测微小量值，又要防止干扰。这就要求系统具有高的信噪比。此外，与灵敏度紧密相关的是测量范围。除非有专门的非线性校正措施，最大输入量不应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。1）灵敏度2021/10/10星期日1在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。此外，实际传感器的响应总有一定迟延，为了保证测量不失真，总希望迟延时间越短越好。一般来讲，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，响应较快，工作频率范围宽。而对于结构型传感器，如电感、电容、磁电式传感器等，往往由于结构中的机械系统惯性的限制，其固有频率低，工作频率较低。在动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用传感器时，应充分考虑到被测物理量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）。2）响应特性在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。此外，实际传感器的响应总有一定迟延，为了保证测量不失真，总希望迟延时间越短越好。一般来讲，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，响应较快，工作频率范围宽。而对于结构型传感器，如电感、电容、磁电式传感器等，往往由于结构中的机械系统惯性的限制，其固有频率低，工作频率较低。在动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用传感器时，应充分考虑到被测物理量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）。2）响应特性2021/10/10星期日2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。线性范围越宽，表明传感器的工作量程越大。使传感器工作在线性区域内，是保证测试精确度的基本条件。例如，测力弹性元件，其材料的弹性限是决定测力量程的基本因素，当超过弹性限时，将产生线性误差。同时应该看到，任何传感器都不可能保证其绝对线性，通常在许可限度内，可以在其近似线性区域内使用。因此，选用传感器时，必须考虑被测物理量的变化范围，令其线性误差在允许范围以内。3）线性范围2021/10/10星期日3可靠性是指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定功能的能力。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；对于变间隙型的电容传感器，环境湿度或浸入间隙的油剂，会改变介质的介电常数；光电传感器的感光表面有尘埃或水汽时，会改变光通量、偏振性或光谱成分；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，也会带来测试误差。在机械工程中，有些机械系统或自动化加工过程，往往要求传感器能长期使用而不需要经常更换或校准，其工作环境往往又比较恶劣，存在尘埃、油剂、温度、振动等严重干扰。例如，热轧机系统中控制钢板厚度的射线检测装置，用于自适应磨削过程的测力系统或零件尺寸的自动检测装置等。在这些情况下，都对传感器的可靠性提出了更加严格的要求。4）可靠性2021/10/10星期日4传感器的精确度表示传感器的输出与被测真值一致的程度。然而，传感器的精确度也并非越高越好，还应考虑到经济性。传感器精确度越高，价格就越昂贵。因此应从实际出发，尤其应从测试目的出发来选择。首先应了解测试目的，判定是定性分析还是定量分析。如果是属于相对比较的定性试验研究，只须获得相对比较值即可，无须要求绝对量值。如果是定量分析，则必须要获得精确值，因此要求传感器有足够高的精确度。例如，为了研究超精密切削机床运动部件的定位精确度、主轴回转运动误差、振动及热变形等，往往要求测量精确度在0.1～0.01mm范围内。欲测得这样量值，必须采用高精确度的传感器。5）精确度2021/10/10星期日5接触式与非接触式测试、在线与非在线测试等，也是选用传感器时应考虑的重要因素。工作方式不同，对传感器的要求也不同。在机械系统运动部件的测试中（如回转轴的回转误差、振动、扭力矩等），往往需要非接触测试。因为对部件的接触式测试不仅会造成对被测系统的影响，而且还存在诸如测量头的磨损、接触状态的变动等问题。而采用电容式、涡电流式等非接触式传感器，将会更加方便。在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式。特别是自动化过程的控制与检测系统，必须在现场实时条件下进行检测。实现在线检测是比较困难的，对传感器及测试系统都有一定的特殊要求。例如，在