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1、第第 十十 一一 节节 传感器的选用原则及标定传感器的选用原则及标定一、传感器的选用原则一、传感器的选用原则1、灵敏度、灵敏度 根据测试目的与实际条件，合理地选用或设计传感根据测试目的与实际条件，合理地选用或设计传感器，器，总的原则是技术上合理，经济上节约。总的原则是技术上合理，经济上节约。要达到这点，要达到这点，必须考虑到一系列因素的影响。必须考虑到一系列因素的影响。1）一般讲传感器的灵敏度越高越好。当传感器的灵一般讲传感器的灵敏度越高越好。当传感器的灵敏度高时，被测量有一微小的变化，传感器就有较大敏度高时，被测量有一微小的变化，传感器就有较大的输出。的输出。2）灵敏度越大，外噪声也越容易混
2、入。故要检测微小量灵敏度越大，外噪声也越容易混入。故要检测微小量 值，又要干扰小，则要求信噪比越大越好。值，又要干扰小，则要求信噪比越大越好。3）当被测量是个向量时，则要求传感器在该方向上的灵敏）当被测量是个向量时，则要求传感器在该方向上的灵敏度越高越好。度越高越好。在测量二维或三维向量时，要求传感器的交叉灵敏度越在测量二维或三维向量时，要求传感器的交叉灵敏度越小越好。小越好。4）和灵敏度紧密相关的是测量范围。除非有专门的非和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（被测量和干扰量之和）不线性校正措施，最大输入量（被测量和干扰量之和）不应使传感器进入非线性区域，更不能
3、进入饱和区。应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区。显然，过高的灵敏度会缩小其运用的测量范围。显然，过高的灵敏度会缩小其运用的测量范围。2、响应特性、响应特性1）在所测量的频率范围内，传感器的响应特性必须满在所测量的频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测试条件。足不失真测试条件。2）响应的延迟时间越短越好。响应的延迟时间越短越好。3）物性型传感器（光敏元件、霍尔元件等）响应快物性型传感器（光敏元件、霍尔元件等）响应快,可可工作频率范围宽。工作频率范围宽。结构型传感器（机械式、电感式、电容式等）由于结构型传感器（机械式、电感式、电容式等）由于结构中机械系统惯性的限制，其固有频率低，可工
4、作频结构中机械系统惯性的限制，其固有频率低，可工作频率较低。率较低。4）动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响。如果传感器的输出信号能紧紧追踪急速变化的输入信响。如果传感器的输出信号能紧紧追踪急速变化的输入信号，则此传感器的响应特性就越好。因此，选用时要充分号，则此传感器的响应特性就越好。因此，选用时要充分考虑到被测量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）。考虑到被测量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）。3、线性范围、线性范围1）线性范围是指输入与输出成比例关系的范围线性范围是指输入与输出成比例关系的范围。2）线性范围越宽，表明传感器的工作量
5、程越大。线性范围越宽，表明传感器的工作量程越大。3）传感器在线性区域内工作，是保证测量精确度的基传感器在线性区域内工作，是保证测量精确度的基 本条件。本条件。4）任何传感器在任一区域都保持绝对线性关系是不易任何传感器在任一区域都保持绝对线性关系是不易做到的，只要能满足测量的精确度，可以在其近似线性做到的，只要能满足测量的精确度，可以在其近似线性区域内应用。区域内应用。5）必要时，可进行非线性补偿，采用硬件或软件进行。必要时，可进行非线性补偿，采用硬件或软件进行。6）若输入与输出之间不是线性关系，但已知其确定规若输入与输出之间不是线性关系，但已知其确定规律，可用软件储存好曲线再查找或查表法。律，
6、可用软件储存好曲线再查找或查表法。4、可靠性、可靠性1）可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内、可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内、完成规定功能的能力。完成规定功能的能力。2）只有产品的性能参数（尤其是主要参数）均处于规只有产品的性能参数（尤其是主要参数）均处于规定的误差范围内才能视为完成规定的功能。定的误差范围内才能视为完成规定的功能。3）为保证传感器在应用中具有高的可靠性，事先应选）为保证传感器在应用中具有高的可靠性，事先应选用设计、制造良好、使用条件适宜的传感器；使用过程用设计、制造良好、使用条件适宜的传感器；使用过程中，应严格保持规定的使用条件，尽量减轻使用条件的中，应
7、严格保持规定的使用条件，尽量减轻使用条件的不良影响。不良影响。4）要根据测试的要求及经济性来选用相应可靠性的要根据测试的要求及经济性来选用相应可靠性的产品。产品。5、精确度、精确度1）传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的真传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的真值相一致的程度。值相一致的程度。2）因传感器处于测试系统的输入端，故传感器的精因传感器处于测试系统的输入端，故传感器的精确度对这个系统的影响很大。确度对这个系统的影响很大。3）并非精确度越高越好，还应考虑到经济性。并非精确度越高越好，还应考虑到经济性。应从实际出发，尤其应从测试的目的出发来选择精确应从实际出发，尤其应从测试的目的出
8、发来选择精确度。度。4）对于定性分析，只须获得相对比较值，不须绝对对于定性分析，只须获得相对比较值，不须绝对量值，则要求传感器的量值，则要求传感器的精密度精密度高。高。见下页见下页精密度精密度：指同一个人用同样的方法，使用：指同一个人用同样的方法，使用 同一台测量设备，对一个固定不变的被测同一台测量设备，对一个固定不变的被测量进行多次测量所得结果的最大差异，又量进行多次测量所得结果的最大差异，又称重复精度，反映了随机误差的大小。称重复精度，反映了随机误差的大小。准确度准确度：指仪器示植（测量值）偏离真：指仪器示植（测量值）偏离真值的程度，反映测量仪器的系统误差的值的程度，反映测量仪器的系统误差
9、的大小。大小。精确度精确度：随机误差和系统误差的综合评定：随机误差和系统误差的综合评定指标，即通常所说的精度。指标，即通常所说的精度。5）对于定量分析，必须获得精确量值，要求传感对于定量分析，必须获得精确量值，要求传感器有足够高的精确度。器有足够高的精确度。6、稳定性、稳定性1）稳定性表示传感器经长期使用后，其输出特性稳定性表示传感器经长期使用后，其输出特性不发生变化的性能。不发生变化的性能。2）影响传感器稳定性的因素是时间与环境。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。7、测量方式、测量方式3）为保证稳定性，在选用传感器之前，应对使用为保证稳定性，在选用传感器之前，应对使用环境进行调查，以选择较
10、合适的传感器类型；在使环境进行调查，以选择较合适的传感器类型；在使用中要定期校准，对传感器做出适当调整，或采取用中要定期校准，对传感器做出适当调整，或采取相应的补偿措施。相应的补偿措施。1）测量方式是指传感器在实际条件下的工作方式，测量方式是指传感器在实际条件下的工作方式，如接触与非接触测量，在线与非在线测量，破坏性如接触与非接触测量，在线与非在线测量，破坏性检验与非破坏性检验。检验与非破坏性检验。2）工作方式不同对传感器的要求也不同。工作方式不同对传感器的要求也不同。机械系统中，运动部件的被测量（如回转轴的偏心机械系统中，运动部件的被测量（如回转轴的偏心误差、振动等）往往要非接触测量。因为若
11、用接触误差、振动等）往往要非接触测量。因为若用接触式测量不仅造成对被测系统的影响，且难以做到。式测量不仅造成对被测系统的影响，且难以做到。宜采用电容式、涡流式宜采用电容式、涡流式、霍尔元件等；若用应变片，霍尔元件等；若用应变片，则应配遥测应变仪。则应配遥测应变仪。B、若是模拟实验可采用破坏性检验。若是模拟实验可采用破坏性检验。若被测对象本身就是产品或构件，宜采用非破坏性检验。若被测对象本身就是产品或构件，宜采用非破坏性检验。A、如电涡流探伤、超声波探伤、核辐射测厚等。如电涡流探伤、超声波探伤、核辐射测厚等。C、在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式，在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式，
12、尤其是实现自动化过程的控制与检测系统，必须尤其是实现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。在现场实时条件下进行检测。实现在线测试是比较困难的，对测试系统实现在线测试是比较困难的，对测试系统和传感器都有一定的特殊要求。如可靠性高、和传感器都有一定的特殊要求。如可靠性高、动态响应性好等。动态响应性好等。8、与后续、与后续电路仪器电路仪器的匹配。的匹配。调理、处理电路、仪器；调理、处理电路、仪器；显示记录仪器等显示记录仪器等 如阻抗匹配、负载效应、各环节的灵敏如阻抗匹配、负载效应、各环节的灵敏度、量程范围、动态响应、精确度、线性等度、量程范围、动态响应、精确度、线性等的匹配。的匹
13、配。9、其他、其他 传感器的选用还应兼顾结构简单、体积小、重传感器的选用还应兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、便于携带等。量轻、价格便宜、易于维修、便于携带等。二、传感器的标定二、传感器的标定 静态标定的目的是确定传感器的静态特性指标，静态标定的目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。动态标定的目的是确定传感器的动态特性指标，动态标定的目的是确定传感器的动态特性指标，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。