１２.１傳感器選用原則１２.１.１傳感器類型的確定要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的性能指標(biāo)。下一頁(yè)返回１２.１傳感器選用原則在線測(cè)試是與實(shí)際情況保持一致的測(cè)試方法。特別是對(duì)自動(dòng)化過(guò)程的控制與檢測(cè)系統(tǒng)，往往要求信號(hào)真實(shí)與可靠，必須在現(xiàn)場(chǎng)條件下才能達(dá)到檢測(cè)要求。實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)是比較困難的，對(duì)傳感器與測(cè)試系統(tǒng)都有一定的特殊要求。例如，在加工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)表面粗糙度的檢測(cè)，以往的光切法、干涉法、觸針法等都無(wú)法運(yùn)用，取而代之的是激光、光纖或圖像檢測(cè)法。研制在線的新型傳感器，也是當(dāng)前測(cè)試技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方面。１２.１.２傳感器性能指標(biāo)選擇在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。主要性能指標(biāo)包括傳感器靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性和精確度等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.１傳感器選用原則１.靈敏度一般來(lái)說(shuō)，傳感器靈敏度越高越好。因?yàn)殪`敏度高，就意味著傳感器所能感知的變化量小，即只要被測(cè)量有一微小變化，傳感器就有較大的輸出。在確定靈敏度時(shí)，還要考慮以下幾個(gè)問題。（１）當(dāng)傳感器的靈敏度很高時(shí)，那些與被測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)的外界噪聲也會(huì)同時(shí)被檢測(cè)到，并通過(guò)傳感器輸出，從而干擾被測(cè)信號(hào)。因此，為了既能使傳感器檢測(cè)到有用的微小信號(hào)，又能使噪聲干擾小，就要求傳感器的信噪比越大越好。也就是說(shuō)，要求傳感器本身的噪聲小，而且不易從外界引進(jìn)干擾噪聲。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.１傳感器選用原則（２）與靈敏度緊密相關(guān)的是量程范圍。當(dāng)傳感器的線性工作范圍一定時(shí)，傳感器的靈敏度越高，干擾噪聲越大，則難以保證傳感器的輸入在線性區(qū)域內(nèi)工作。不言而喻，過(guò)高的靈敏度會(huì)影響其適用的測(cè)量范圍。（３）當(dāng)被測(cè)量是一個(gè)向量，并且是一個(gè)單向量時(shí)，就要求傳感器單向靈敏度越高越好，而橫向靈敏度越小越好；如果被測(cè)量是二維或三維的向量，那么還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.１傳感器選用原則２.響應(yīng)特性傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。此外，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，只是希望延遲時(shí)間越短越好。一般物性型傳感器（如利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等傳感器）響應(yīng)時(shí)間短，工作頻率寬；而結(jié)構(gòu)型傳感器，如電感、電容、磁電等傳感器，由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響和機(jī)械系統(tǒng)慣性質(zhì)量的限制，其固有頻率低，工作頻率范圍窄。３.線性范圍任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.１傳感器選用原則４.穩(wěn)定性穩(wěn)定性是表示傳感器經(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)間和環(huán)境。５.精確度傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。如前所述，傳感器處于測(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)具有直接的影響。然而，在實(shí)際中也并非要求傳感器的精確度越高越好，這還需要考慮到測(cè)量目的，同時(shí)還需要考慮到經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)閭鞲衅鞯木仍礁?，其價(jià)格就越昂貴，所以應(yīng)從實(shí)際出發(fā)來(lái)選擇傳感器。上一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定１２.２.１標(biāo)定的概念標(biāo)定是在明確傳感器的輸入與輸出變換關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)量或標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器的量值進(jìn)行標(biāo)度。傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等；動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。有時(shí)根據(jù)需要還要對(duì)橫向靈敏度、溫度響應(yīng)、環(huán)境影響等進(jìn)行標(biāo)定。下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定１２.２.２傳感器的標(biāo)定方法利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知非電量（如標(biāo)準(zhǔn)力、壓力、位移）作為輸入量，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器的輸出量與輸入標(biāo)準(zhǔn)量做比較，獲得一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。有時(shí)輸入的標(biāo)準(zhǔn)量是利用標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測(cè)得到，這時(shí)的標(biāo)定實(shí)質(zhì)上是待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較。標(biāo)定在傳感器制造時(shí)已進(jìn)行了，但使用中還要定期進(jìn)行，傳感器的標(biāo)定是傳感器制造與應(yīng)用中必不可少的工作。傳感器標(biāo)定系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分組成。①被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如恒溫源、測(cè)力機(jī)等；上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定②被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)，如標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)等；③待標(biāo)準(zhǔn)傳感器所配置的信號(hào)調(diào)節(jié)器、顯示器和記錄器等，其精度是已知的。為保證各種量值的準(zhǔn)確一致，標(biāo)定應(yīng)按計(jì)量部門規(guī)定的檢定規(guī)程和管理辦法進(jìn)行。１２.２.３傳感器的靜態(tài)標(biāo)定傳感器的靜態(tài)特性要在標(biāo)準(zhǔn)條件下標(biāo)定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定１.靜態(tài)標(biāo)定的目的靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。標(biāo)定的關(guān)鍵是由試驗(yàn)找到傳感器輸入－輸出實(shí)際特性曲線。２.靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件是沒有加速度、振動(dòng)、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測(cè)量）及環(huán)境溫度影響，一般為室溫（２０℃±５℃），相對(duì)濕度不大于８５％，大氣壓力（１０１３０８±７９９８）Ｐａ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定標(biāo)定傳感器的靜態(tài)特性，首先是創(chuàng)造一個(gè)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件，其次是選擇與被標(biāo)定傳感器的精度要求相適應(yīng)的一定等級(jí)的標(biāo)定用的儀器設(shè)備，然后才能對(duì)傳感器進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。３.標(biāo)定步驟①將傳感器全量程（測(cè)量范圍）分成若干等間距點(diǎn)。②根據(jù)傳感器量程分點(diǎn)情況。由小到大逐漸一點(diǎn)一點(diǎn)地輸入標(biāo)準(zhǔn)量值，并記錄各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值。③將輸入值由大到小逐步減少，同時(shí)記錄與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定④按照步驟②③所述過(guò)程，對(duì)傳感器進(jìn)行正、反行程往復(fù)多次測(cè)試，將得到的輸出－輸入測(cè)試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線。⑤對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，根據(jù)處理結(jié)果就可確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。１２.２.４傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定１.動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，即通過(guò)線性工作范圍（用同一頻率不同幅值的正弦信號(hào)輸入傳感器測(cè)量其輸出）、頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線來(lái)確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差和相位誤差、時(shí)間常數(shù)、固有頻率等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定２.動(dòng)態(tài)標(biāo)定的方法傳感器種類繁多，動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法各異。下面介紹幾種常用的動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法。（１）沖擊響應(yīng)法這種方法具有設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單、力值調(diào)整及波形控制方便的特點(diǎn)，因此被廣泛采用。例如對(duì)力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，如圖１２－１所示。落錘式?jīng)_擊臺(tái)根據(jù)重物自由下落，沖擊砧子所產(chǎn)生的沖擊力為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力而制成。提升機(jī)構(gòu)將質(zhì)量為ｍ的重錘提升到一定高度后釋放，重錘落下，撞擊安裝在砧子上的被校傳感器，其沖擊加速度由固定在重錘上的標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)測(cè)出。上一頁(yè)下一頁(yè)返回１２.２傳感器的標(biāo)定（２）頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法