要进行一个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定[209]。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用。哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:
①量程的大小;
②被测位置对传感器体积的要求;
③测量方式为接触式还是非接触式;
④信号的引出方法,有线或是非接触测量;
⑤传感器的来源,国产还是进口,或是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。
(1)灵敏度的选择。
在传感器的线性范围内,通常是希望传感器的灵敏度越高越好[210]。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会同时被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应当具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的干扰信号[211]。
传感器的灵敏度有方向性。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高时,应选择其他方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。(www.xing528.com)
(2)频率响应特性的选择。
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真。实际上传感器的响应总有一定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应越高,可测的信号频率范围就越宽。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)确定响应特性,以免产生过大的误差。
(3)线性范围的选择。
传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,其量程越大,并能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大方便。
(4)稳定性的选择。
传感器使用一段时间后,其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身的结构外,主要是传感器的使用环境[212]。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力[213]。在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新对所用传感器进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或重新标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。
(5)精度的选择。
精度是传感器的一个重要性能指标,关系到整个测量系统的测量精度。但传感器的精度越高,其价格就越昂贵。因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的传感器;如果是为了作定量分析之用,必须获得精确的测量值,这时才需要选用精度等级能满足要求的传感器。
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