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1、4.11 4.11 传感器的选用原则传感器的选用原则一般，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一般，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越小，因此当被测量产生微小变化时，传感器就有较大的输出。知的变化量越小，因此当被测量产生微小变化时，传感器就有较大的输出。但是应考虑到，灵敏度越高，与测量信号无关的外界干扰也越容易混入，但是应考虑到，灵敏度越高，与测量信号无关的外界干扰也越容易混入，并被放大装置所放大。并被放大装置所放大。因此，必须考虑既要检测微小量值，又要防止干扰。这就要求系统具有高因此，必须考虑既要检测微小量值，又要防止干扰。这就要求系
2、统具有高的信噪比。的信噪比。此外，与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，此外，与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，最大输入量不应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。最大输入量不应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。1 1）灵敏度）灵敏度一般，传感器灵敏度越高越好一般，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，因为灵敏度越高，就意味着传感器所能感知的变化量越小，因此当被测量产生微小变化时，传感器就有较大的输出。知的变化量越小，因此当被测量产生微小变化时，传感器就有较大的输出。但是应考虑到，灵敏度越高，与测量信号无关的外界
3、干扰也越容易混入，但是应考虑到，灵敏度越高，与测量信号无关的外界干扰也越容易混入，并被放大装置所放大。并被放大装置所放大。因此，必须考虑既要检测微小量值，又要防止干扰。因此，必须考虑既要检测微小量值，又要防止干扰。这就要求系统具有高这就要求系统具有高的信噪比的信噪比。此外，与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，此外，与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，最大输入量不应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。最大输入量不应使传感器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。1 1）灵敏度）灵敏度1在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。在所测
4、频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。此外，实际传感器的响应总有一定迟延，为了保证测量不失真，总希望迟此外，实际传感器的响应总有一定迟延，为了保证测量不失真，总希望迟延时间越短越好。延时间越短越好。一般来讲，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，响应较快，工作频一般来讲，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，响应较快，工作频率范围宽。率范围宽。而对于结构型传感器，如电感、电容、磁电式传感器等，往往由于结构中而对于结构型传感器，如电感、电容、磁电式传感器等，往往由于结构中的机械系统惯性的限制，其固有频率低，工作频率较低。的机械系统惯性的限制，其固有频率低，工作频率较低。在动态测试中
5、，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用传感器在动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用传感器时，应充分考虑到被测物理量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）。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）。2 2）响应特性）响应特性在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。此外，实际传感器的响应总有一定迟延，此外，实际传感器的响应总有一定迟延，为了保证测量不失真，总希望迟为了保证测量不失真，总希望迟延时间越短越好延时间越短越好。一般来讲，利用光电效应、压电效应等一般来讲，利用光电效应、压
6、电效应等物性型传感器物性型传感器，响应较快，工作频，响应较快，工作频率范围宽。率范围宽。而对于而对于结构型传感器结构型传感器，如电感、电容、磁电式传感器等，往往由于结构中，如电感、电容、磁电式传感器等，往往由于结构中的机械系统惯性的限制，其固有频率低，工作频率较低。的机械系统惯性的限制，其固有频率低，工作频率较低。在动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用传感器在动态测试中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用传感器时，应充分考虑到被测物理量的变化特点（如稳态、瞬变、随机等）。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）。2 2）响应特性）响应特性2任何
7、传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围越宽，表明传感器的工作量程越大。线性范围越宽，表明传感器的工作量程越大。使传感器工作在线性区域内，是保证测试精确度的基本条件。使传感器工作在线性区域内，是保证测试精确度的基本条件。例如，测力弹性元件，其材料的弹性限是决定测力量程的基本因素，当超例如，测力弹性元件，其材料的弹性限是决定测力量程的基本因素，当超过弹性限时，将产生线性误差。过弹性限时，将产生线性误差。同时应该看到，任何传感器都不可能保证其绝对线性，通常在许可限度内，同时应该看到，任何传感器都不可能保证其
8、绝对线性，通常在许可限度内，可以在其近似线性区域内使用。可以在其近似线性区域内使用。因此，选用传感器时，必须考虑被测物理量的变化范围，令其线性误差在因此，选用传感器时，必须考虑被测物理量的变化范围，令其线性误差在允许范围以内。允许范围以内。3 3）线性范围）线性范围3可靠性是指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规可靠性是指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定功能的能力。定功能的能力。例如，电阻应变式传感器，湿度会影响其绝缘性，温度会影响其零漂，长例如，电阻应变式传感器，湿度会影响其绝缘性，温度会影响其零漂，长期使用会产生蠕变现象；对于变间隙型的电容传感器，
9、环境湿度或浸入间期使用会产生蠕变现象；对于变间隙型的电容传感器，环境湿度或浸入间隙的油剂，会改变介质的介电常数；光电传感器的感光表面有尘埃或水汽隙的油剂，会改变介质的介电常数；光电传感器的感光表面有尘埃或水汽时，会改变光通量、偏振性或光谱成分；对于磁电式传感器或霍尔效应元时，会改变光通量、偏振性或光谱成分；对于磁电式传感器或霍尔效应元件等，当在电场、磁场中工作时，也会带来测试误差。件等，当在电场、磁场中工作时，也会带来测试误差。在机械工程中，有些机械系统或自动化加工过程，往往要求传感器能长期在机械工程中，有些机械系统或自动化加工过程，往往要求传感器能长期使用而不需要经常更换或校准，其工作环境往
10、往又比较恶劣，存在尘埃、使用而不需要经常更换或校准，其工作环境往往又比较恶劣，存在尘埃、油剂、温度、振动等严重干扰。例如，热轧机系统中控制钢板厚度的射线油剂、温度、振动等严重干扰。例如，热轧机系统中控制钢板厚度的射线检测装置，用于自适应磨削过程的测力系统或零件尺寸的自动检测装置等。检测装置，用于自适应磨削过程的测力系统或零件尺寸的自动检测装置等。在这些情况下，都对传感器的可靠性提出了更加严格的要求。在这些情况下，都对传感器的可靠性提出了更加严格的要求。4 4）可靠性）可靠性4传感器的精确度表示传感器的输出与被测真值一致的程度。传感器的精确度表示传感器的输出与被测真值一致的程度。然而，传感器的精
11、确度也并非越高越好，还应考虑到经济性。然而，传感器的精确度也并非越高越好，还应考虑到经济性。传感器精确传感器精确度越高，价格就越昂贵。度越高，价格就越昂贵。因此应从实际出发，尤其应从测试目的出发来选择。首先应了解测试目的，因此应从实际出发，尤其应从测试目的出发来选择。首先应了解测试目的，判定是定性分析还是定量分析。如果是属于相对比较的定性试验研究，只判定是定性分析还是定量分析。如果是属于相对比较的定性试验研究，只须获得相对比较值即可，无须要求绝对量值。如果是定量分析，则必须要须获得相对比较值即可，无须要求绝对量值。如果是定量分析，则必须要获得精确值，因此要求传感器有足够高的精确度。获得精确值，
12、因此要求传感器有足够高的精确度。例如，为了研究超精密切削机床运动部件的定位精确度、主轴回转运动误例如，为了研究超精密切削机床运动部件的定位精确度、主轴回转运动误差、振动及热变形等，往往要求测量精确度在差、振动及热变形等，往往要求测量精确度在0.01 mm范围内。欲测得范围内。欲测得这样量值，必须采用高精确度的传感器。这样量值，必须采用高精确度的传感器。5 5）精确度）精确度5接触式与非接触式测试接触式与非接触式测试、在线与非在线测试在线与非在线测试等等，也是选用传感器时应考虑，也是选用传感器时应考虑的重要因素。的重要因素。工作方式不同，对传感器的要求也不同。在机械系统运动部件的测试中工作方式不
13、同，对传感器的要求也不同。在机械系统运动部件的测试中（如回转轴的回转误差、振动、扭力矩等），往往需要非接触测试。因为（如回转轴的回转误差、振动、扭力矩等），往往需要非接触测试。因为对部件的接触式测试不仅会造成对被测系统的影响，而且还存在诸如测量对部件的接触式测试不仅会造成对被测系统的影响，而且还存在诸如测量头的磨损、接触状态的变动等问题。而采用电容式、涡电流式等非接触式头的磨损、接触状态的变动等问题。而采用电容式、涡电流式等非接触式传感器，将会更加方便。传感器，将会更加方便。在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式。特别是自动化过程的控制在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式。特别是自动化过
14、程的控制与检测系统，必须在现场实时条件下进行检测。实现在线检测是比较困难与检测系统，必须在现场实时条件下进行检测。实现在线检测是比较困难的，对传感器及测试系统都有一定的特殊要求。例如，在加工过程中，若的，对传感器及测试系统都有一定的特殊要求。例如，在加工过程中，若要实现表面粗糙度的在线检测，光切法、干涉法、触针式轮廓检测法等都要实现表面粗糙度的在线检测，光切法、干涉法、触针式轮廓检测法等都不能运用，取而代之的是激光检测法。不能运用，取而代之的是激光检测法。研制新型的在线检测传感器，也是研制新型的在线检测传感器，也是当前测试技术发展的一个重要方面。当前测试技术发展的一个重要方面。6 6）测试方式）测试方式6
