傳感器選用原則詳細解說
傳感器的靈敏度
??? 傳感器的靈敏度越高,可以感知越小的變化量,即被測量稍有微小變化時,傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高,與測量信號無關的外界噪聲也容易混入,并且噪聲也會被放大。因此,對傳感器往往要求有較大的信噪比。
??? 傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關的一個參數。當輸入量增大時,除非有專門的非線性校正措施,傳感器不應在非線性區域工作,更不能在飽和區域內工作。有些需在較強的噪聲干擾下進行的測試工作,被測信號疊加干擾信號后也不應迸入非線性區。因此,過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。
??? 如被測量是一個向量時,則傳感器在被測量方向的靈敏度愈高愈好,而橫向靈敏度愈小愈好;如果被測量是二維或三維向量,那么對傳感器還應要求交叉靈敏度愈小愈好。
傳感器的線性范圍
??? 任何傳感器都有一定的線性范圍,在線性范圍內輸出與輸入成比例關系。線性范圍愈寬,則表明傳感器的工作量程愈大。
???? 為了保證測量的精確度,傳感器必須在線性區域內工作。例如,機械式傳感器的彈性元件,其材料的彈性限是決定測量量程的基本因素。當超過彈性極限時,將特產生非線性誤差。
?????? 然而任何傳感器都不容易保證其絕對線性,在某些情況下,在許可限度內,也可以在其近似線性區域應用。例如,變極距型電容、電感傳感器,均采用在初始間隙附近的近似線性區內工作。選用時必須考慮被測物理量的變化范圍、令其非線性誤差在允許范圍以內。
傳感器的響應特性
傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。但實際傳感器的響應總有一遲延,但遲延時間越短越好。
?????? 一般光電效應、壓電效應等物性型傳感器,響應時間小,可工作頻率范圍寬。而結構型,如電感、電容、磁電式傳感器等,由于受到結構特性的影響,往往由于機械系統慣性的限制,其固有頻率低。
????? 在動態測量中,傳感器的響應特性對測試結果有直接影響,在選用時,應充分考慮到被測物理量的變化特點(如穩態、瞬變、隨機等)。
傳感器的穩定性
??? 傳感器的穩定性是經過長期使用以后,其輸出特性不發生變化的性能。影響傳感器穩定性的因素是時間與環境。
?????? 為了保證穩定性,在選用傳感器之前,應對使用環境進行調查,以選擇合適的傳感器類型。例如電阻應變式傳感器,濕度會影響其絕緣性,溫度會影響其零漂,長期使用會產生蠕變現象。又如,對于變極距型電容傳感器,環境濕度或油劑浸人間隙時,會改變電容器介質。光電傳感器的感光表面有灰塵或水泡時,會改變感光性質。對于磁電式傳感器或霍爾效應元件等,當在電場、磁場中工作時,亦會帶來測量誤差。滑線電阻式傳感器表面有灰塵時,將會引入噪聲。
?????? 在有些機械自動化系統中或自動檢測裝置中,所用的傳感器往往是在比較惡劣的環境下工作,其灰塵、油劑、溫度、振動等干擾是很嚴重的。這時傳感器的選用,必須優先考慮穩定性因素。
傳感器的精確度
??? 傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。因為傳感器處于測試系統的輸入端,因此,傳感器能否真實地反映被測量,對整個測試系統具有直接影響。
??????? 然而,傳感器的精確度也并非愈高愈好,因為還要考慮到經濟性。傳感器精確度愈高,價格越昂貴,因此應從實際出發來選擇。
?????? 首先應了解測試目的,是定性分析還是定量分析。如果屬于相對比較性的試驗研究,只需獲得相對比較值即可,那么對傳感器的精確度要求可低些。然而對于定量分析,為了必須獲得精確量值,因而要求傳感器應有足夠高的精確度。
傳感器其它選用原則
??? 傳感器在實際測試條件下的工作方式,也是選用傳感器時應考慮的重要因素。因為測量條件不同對傳感器要求也不同。
?????? 在機械系統中,運動部件的被測參數 (例如回轉軸的轉速、振動、扭矩),往往需要非接觸式測量。因為對部件的接觸式測量不僅造成對被測系統的影響,且有許多實際困難,如測量頭的磨損、接觸狀態的變動,信號采集等都不易妥善解決,也易于造成測量誤差。采用電容式、渦流式等非接觸式傳感器,會有很大方便。若選用電阻應變計時,則還需配用遙測應變儀。
?????? 另外,為實現自動化過程的控制與檢測系統,往往要求真實性與可靠性。因此必須在現場實際條件下才能達到檢測要求,因而對傳感器及測試系統都有一定特殊要求。例如,在加工過程中,若要實現表面粗糙度的檢測,以往的干涉法、觸針式輪廓檢測法等都不能應用,而代之以激光檢測法。
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