傳感器選用原則詳細(xì)解說(shuō)
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(cè)量稍有微小變化時(shí),傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高,與測(cè)量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入,并且噪聲也會(huì)被放大。因此,對(duì)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(guān)的一個(gè)參數(shù)。當(dāng)輸入量增大時(shí),除非有專門的非線性校正措施,傳感器不應(yīng)在非線性區(qū)域工作,更不能在飽和區(qū)域內(nèi)工作。有些需在較強(qiáng)的噪聲干擾下進(jìn)行的測(cè)試工作,被測(cè)信號(hào)疊加干擾信號(hào)后也不應(yīng)迸入非線性區(qū)。因此,過(guò)高的靈敏度會(huì)影響其適用的測(cè)量范圍。
??? 如被測(cè)量是一個(gè)向量時(shí),則傳感器在被測(cè)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(cè)量是二維或三維向量,那么對(duì)傳感器還應(yīng)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(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)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(cè)量的精確度,傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。例如,機(jī)械式傳感器的彈性元件,其材料的彈性限是決定測(cè)量量程的基本因素。當(dāng)超過(guò)彈性極限時(shí),將特產(chǎn)生非線性誤差。
?????? 然而任何傳感器都不容易保證其絕對(duì)線性,在某些情況下,在許可限度內(nèi),也可以在其近似線性區(qū)域應(yīng)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(qū)內(nèi)工作。選用時(shí)必須考慮被測(cè)物理量的變化范圍、令其非線性誤差在允許范圍以內(nèi)。
傳感器的響應(yīng)特性
傳感器的響應(yīng)特性必須在所測(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一遲延,但遲延時(shí)間越短越好。
?????? 一般光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器,響應(yīng)時(shí)間小,可工作頻率范圍寬。而結(jié)構(gòu)型,如電感、電容、磁電式傳感器等,由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響,往往由于機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制,其固有頻率低。
????? 在動(dòng)態(tài)測(cè)量中,傳感器的響應(yīng)特性對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響,在選用時(shí),應(yīng)充分考慮到被測(cè)物理量的變化特點(diǎn)(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等)。
傳感器的穩(wěn)定性
??? 傳感器的穩(wěn)定性是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用以后,其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。
?????? 為了保證穩(wěn)定性,在選用傳感器之前,應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查,以選擇合適的傳感器類型。例如電阻應(yīng)變式傳感器,濕度會(huì)影響其絕緣性,溫度會(huì)影響其零漂,長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。又如,對(duì)于變極距型電容傳感器,環(huán)境濕度或油劑浸人間隙時(shí),會(huì)改變電容器介質(zhì)。光電傳感器的感光表面有灰塵或水泡時(shí),會(huì)改變感光性質(zhì)。對(duì)于磁電式傳感器或霍爾效應(yīng)元件等,當(dāng)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中工作時(shí),亦會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。滑線電阻式傳感器表面有灰塵時(shí),將會(huì)引入噪聲。
?????? 在有些機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)中或自動(dòng)檢測(cè)裝置中,所用的傳感器往往是在比較惡劣的環(huán)境下工作,其灰塵、油劑、溫度、振動(dòng)等干擾是很嚴(yán)重的。這時(shí)傳感器的選用,必須優(yōu)先考慮穩(wěn)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(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。因?yàn)閭鞲衅魈幱跍y(cè)試系統(tǒng)的輸入端,因此,傳感器能否真實(shí)地反映被測(cè)量,對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有直接影響。
??????? 然而,傳感器的精確度也并非愈高愈好,因?yàn)檫€要考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精確度愈高,價(jià)格越昂貴,因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)來(lái)選擇。
?????? 首先應(yīng)了解測(cè)試目的,是定性分析還是定量分析。如果屬于相對(duì)比較性的試驗(yàn)研究,只需獲得相對(duì)比較值即可,那么對(duì)傳感器的精確度要求可低些。然而對(duì)于定量分析,為了必須獲得精確量值,因而要求傳感器應(yīng)有足夠高的精確度。
傳感器其它選用原則
??? 傳感器在實(shí)際測(cè)試條件下的工作方式,也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。因?yàn)闇y(cè)量條件不同對(duì)傳感器要求也不同。
?????? 在機(jī)械系統(tǒng)中,運(yùn)動(dòng)部件的被測(cè)參數(shù) (例如回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、扭矩),往往需要非接觸式測(cè)量。因?yàn)閷?duì)部件的接觸式測(cè)量不僅造成對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響,且有許多實(shí)際困難,如測(cè)量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動(dòng),信號(hào)采集等都不易妥善解決,也易于造成測(cè)量誤差。采用電容式、渦流式等非接觸式傳感器,會(huì)有很大方便。若選用電阻應(yīng)變計(jì)時(shí),則還需配用遙測(cè)應(yīng)變儀。
?????? 另外,為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程的控制與檢測(cè)系統(tǒng),往往要求真實(shí)性與可靠性。因此必須在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件下才能達(dá)到檢測(cè)要求,因而對(duì)傳感器及測(cè)試系統(tǒng)都有一定特殊要求。例如,在加工過(guò)程中,若要實(shí)現(xiàn)表面粗糙度的檢測(cè),以往的干涉法、觸針式輪廓檢測(cè)法等都不能應(yīng)用,而代之以激光檢測(cè)法。
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