在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理,所以學會 選用傳感器是進行測量Z基礎同時也是很重要的一個環節。在具體選擇傳感器 時,應從以下幾個方面進行考慮。
測試條件與目的
綜合測量條件與目的,先要考慮的是采用何種原理的傳感器,因為即使 是測量同一物理量,根據不同的環境狀況和不同的測量目的,也會有多種原理 的傳感器可供選用。要綜合考慮溫濕度狀況、量程大小、被測位置對傳感器體 積的要求、測量方式為接觸式還是非接觸式、信號的引出方法等一些因素,選用更為合適類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標。
通常,在傳感器的線性范圍內,希望傳感器的靈敏度越高越好。因為靈敏 度越高,就意味著傳感器所能感知的變化量小,即只要被測量有一微小變化, 傳感器就有較大的輸出,這樣更有利于信號處理,但要注意以下兩個問題:
1. 傳感器的靈敏度太高,與被測量無關的外界噪聲就容易混入,也會被 放大系統放大,影響測量精度。
2. 當被測量是一個向量時,并且是一個單向量時,就要求傳感器單向靈 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的向量,那 么還應要求傳感器的交叉靈敏度愈小愈好。
傳感器的頻率響應特性是指,在所測頻率范圍內,保持不失真的測量條件。實際上傳感器的響應總有一定延遲,但希望延遲時間越短越好。 一般物性 型傳感器(如利用光電效應、壓電效應等制成的傳感器)的響應時間短,可 測的信號頻率范圍就寬;而結構型傳感器(如電感、電容、磁電等傳感器) 由于受到結構特性的影響和機械系統慣性質量的限制,其固有頻率低,工作范 圍窄。在動態測量中,應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性, 以免產生過火的誤差。
傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講,在此范圍 內,靈敏度保持定值。傳感器的線形范圍越寬,則表明傳感器的工作量程愈 大。為了保證測量的準確度,傳感器工作在線性區域內,是保證測量精度的基 本條件。例如,機械式傳感器中的測力彈性元件,其材料的彈性極限是決定測 力量程的基本因素,當超出測力元件允許的彈性范圍時,將產生非線性誤差。
但在實際上,任何傳感器都不能保證絕對的線性,其線性度也是相對的。 在許可限度內,也可以取其近似線性區域,這會給測量帶來極大的方便。例 如,變間隙型的電容、電感式傳感器,其工作區均選在初始間隙附近。而且必 須考慮被測量變化范圍,令其非線性誤差在允許限度以內。
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。為 了保證傳感器長期穩定地工作,而不需經常地更換或校準,在選擇和使用傳感 器時應注意根據環境條件選擇傳感器。在選擇傳感器之前,應對其使用環境進 行調查,并根據具體的使用環境選擇合適的傳感器,或采取適當的措施,減小 環境的影響。例如,選擇電阻應變式傳感器時,應考慮濕度的影響;對變極距 型電容式傳感器和光電傳感器,環境灰塵油劑浸入間隙時,會改變電容器的介 質和感光性質;對于磁電式傳感器或霍爾效應元件等,應考慮周圍電磁場帶來 的測量誤差;滑線電阻式傳感器表面有灰塵時,將會引入噪聲。
傳感器的穩定性有定量指標,在超過使用期后,在使用前應重新進行標 定,以確定傳感器的性能是否發生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不 能輕易更換或標定的場合,所選用的傳感器穩定性要求更嚴格,要能夠經受住 長時間的考驗。
傳感器的準確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。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 接的影響。傳感器的精度越高,其價格越昂貴,因此,傳感器的精度只要滿足 整個測量系統的精度要求即可,不必過高。如果測量目的是定性分析,選用重 復精度高的傳感器即可,不宜選用絕對量值精度高的;如果測量目的是為了定 量分析,需要獲得準確的測量值,就需選用精度等J能滿足要求的傳感器。對 某些特殊使用場合,無法選到合適的傳感器,則需自行設計制造傳感器。
另外還需要考慮的一些因素包括傳感器是否有可匹配的連接數據采集系統 及輔助設備,以及傳感器的購置和維護是否方便等。
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