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1、1,第三章 常用传感器与敏感元件,如何根据测试目的和实际条件，正确合理地选用传感器，需要认真考虑以下六个问题：灵敏度；响应特性；线性范围；稳定性；精确度；测量方式。,3.12 传感器的选用原则,2,第三章 常用传感器与敏感元件,3.12.1 灵敏度 一般说来，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小，即只要被测量有一微小变化，传感器就有较大的输出。但是，在确定灵敏度时，要考虑以下问题。当传感器的线性工作范围一定时，传感器的灵敏度越高，干扰噪声越大，难以保证传感器的输入在线性区域内工作。过高的灵敏度，影响其适用的测量范围，应要求传感器的信噪比愈大愈好。当被测量是一个
2、向量时，并且是一个单向量时，就要求传感器单向灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好；如果被测量是二维或三维的向量，那么还应要求传感器的交叉灵敏度愈小愈好。,3.12 传感器的选用原则,3,第三章 常用传感器与敏感元件,3.12.2 响应特性 传感器的响应特性是指，在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。但实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。一般物性型传感器(如利用光电效应、压电效应等传感器)响应时间短，工作频率宽；而结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器，由于受到结构特性的影响、机械系统惯性质量的限制，其固有频率低，工作频率范围窄。在动态测量中，传感器的响应特
3、性对测试结果有直接影响，在选用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。,3.12 传感器的选用原则,4,第三章 常用传感器与敏感元件,3.12.3 线性范围在线性范围内，传感器的输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。为了保证测量的精确度，传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。例如，机械式传感器中的测力弹性元件，其材料的弹性极限是决定测力量程的基本因素，当超出测力元件允许的弹性范围时，将产生非线性误差。然而，在某些情况下，保证传感器绝对工作在线性区域内也是不容易的。在许可限度内，也可以取其近似线性区域。例如，变间隙型的电容、电感式传感器
4、，其工作区均选在初始间隙附近。而且必须考虑被测量变化范围，令其非线性误差在允许限度以内。,3.12 传感器的选用原则,5,第三章 常用传感器与敏感元件,3.12.4 稳定性传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。为了保证传感器长期稳定地工作，而不需经常地更换或校准，在选择和使用传感器时应注意以下两个问题。根据环境条件选择传感器。例如，选择电阻应变式传感器时，应考虑湿度的影响；又如，对变极距型电容式传感器和光电传感器，环境灰尘油剂浸人间隙时，会改变电容器的介质和感光性质。对于磁电式传感器或霍尔效应元件等，应考虑周围电磁场带来测量误差。滑线电阻式传感器表面有灰尘时，将会引入噪
5、声。要创造或保持良好的使用环境。,3.12 传感器的选用原则,6,第三章 常用传感器与敏感元件,3.12.5 精确度传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接的影响。在某些情况下，要求传感器的精确度愈高愈好。例如，对现代超精密切削机床，测量其运动部件的定位精度，主轴的回转运动误差、振动及热形变等时，往往要求它们的测量精确度在0.10.001mm范围内。在实际中，需要同时兼顾测量目的和经济性。对于定性分析的试验研究，应要求传感器的重复精度高，而不要求测试的绝对量值准确；对于定量分析，那么必须获得精确量值
6、。,3.12 传感器的选用原则,7,第三章 常用传感器与敏感元件,3.12.6 测量方式传感器在实际条件下的工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。例如，在机械系统中，对运动部件的被测参数，往往采用非接触测量方式。例如回转轴的误差、振动、扭矩等情况，采用电容式、涡流式、光电式等非接触式传感器很方便，若选用电阻应变片，则需配以遥测应变仪。例如，生产过程监测或产品质量在线检测等，宜采用涡流探伤、超声波探伤、核辐射探伤以及声发射检测等。尽可能选用非破坏性检验，以直接获得经济效益。,3.12 传感器的选用原则,8,第三章 常用传感器与敏感元件,在线测试是与实际情况保持一致的测试方法。对于自动化过程检测与控制系统，往往要求在线检测。实现在线检测是比较困难的，对传感器与测试系统都有一定的特殊要求。例如，在加工过程中，实现表面粗糙度的检测，以往的光切法、千涉法、触针法等都无法运用，取而代之的是激光、光纤或图像检测法。研制在线检测的新型传感器，也是当前测试技术发展的一个方面。除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因素外，还应尽可能兼顾结构简单、体积小。重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。,3.12 传感器的选用原则,
