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传感器选型要点:监测系统中智能信息处理技术

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:通常在监测系统的设计中,需要根据具体的监测目的、监测对象以及监测环境合理地选用传感器。选取传感器时应考虑的事项很多,但不必一一都要加以考虑。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,或采取适当的封装保护措施,减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标。自制传感器的性能应满足使用要求。以上是有关选择传感器时主要考虑的因素。精度很高的传感器一定要精心使用。

传感器选型要点:监测系统中智能信息处理技术

随着传感器技术的飞速发展,各种各样的传感器应运而生。这些传感器在原理和结构上千差万别,没有统一的标准,用户也可以根据实际需求自由地选择。通常在监测系统的设计中,需要根据具体的监测目的、监测对象以及监测环境合理地选用传感器。当传感器的选取确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备就随即确定。

选取传感器时应考虑的事项很多,但不必一一都要加以考虑。在监测系统的设计中,选择传感器应根据传感器实际使用条件(主要考虑使用频率、被监测对象的性质、质量及通过的速度、检测精度及对检测可靠性的具体要求)、使用环境(主要考虑被监测对象周围的环境湿度、灰尘、腐蚀性、温度等)、防护要求(主要考虑是否要防振动或防液体的喷溅及污染等)、安装部位(主要考虑安装点的安装尺寸与运行调试是否满足日常维护空间的需要)和成本等限制条件,从不同的侧重点,优先考虑几个重要的条件即可[4]。例如,测量某一对象的温度适应性,要求适应0~150℃温度范围,测量精度为±l℃,且要多点(128点)测量,那么选用何种温度传感器?能完成这一测量任务的温度传感器有各种热电偶热敏电阻半导体PN结温度传感器、IC温度传感器等,它们都能满足测量范围、精度等条件。在这种情况下,可以通过侧重考虑成本是否较低和测量电路、相配设备是否简单等因素来进行取舍,相比之下选用半导体PN结温度传感器最为合适。如果对测量范围有严格要求,例如要求测温范围为0~400℃,其他条件不变,此时最好选用热电偶巾的镍铬一铜或铁一康铜等热电偶。如果某一测量任务需要长时间连续使用传感器,则需重点考虑传感器工作的稳定性能;针对化学分析等时间比较短的测量过程,则需选择灵敏度和动态特性均好的传感器。在实际的监控系统的设计环节中,选择传感器时可以从如下几方面进行考虑[5]

1.根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

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。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:量程的大小:被测位置对传感器体积的要求:测量方式为接触式还是非接触式:信号的引出方法,有线或是非接触测量:传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受等。

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。

2.灵敏度的选择

通常,在传感器的线性范围内,我们希望传感器的灵敏度越高越好。冈为灵敏度较高的传感器可以产生与被测量变化对应的较大值的输出信号,这种输出信号有利于后期的信号处理工作。同样需要注意的是,灵敏度较高的传感器对外界噪声信号也很敏感,噪声信号混入后随即被放大系统放大,从而降低了测量精度。所以要求传感器本身还应具有较高的信噪比,以尽量减少从外界引入的干扰信号。

传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则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。

3.频率响应特性

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的测量条件。实际上传感器的响应总有一定延迟,延迟时间越短越好。

传感器的频率响应高,可测的信号频率范闱就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性来选择传感器,以免产生过大的误差。

4.线性范围(www.xing528.com)

传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。从理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且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。当所要求的测量精度比较低时,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,这会给测量带来较大的方便。

5.稳定性

传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。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

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,或采取适当的封装保护措施,减小环境的影响。

传感器的稳定性有定量指标。当超过使用期后,在使用前应对其测量范围和精度等参数重新进行检测和标定,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随意更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时问的考验。

6.精度

精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个监控系统测量精度的一个重要环节。当然,传感器的精度越高,其价格越昂贵。因此,传感器的精度只要满足整个监控系统的精度要求即可,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量要求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,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;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。

对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

以上是有关选择传感器时主要考虑的因素。为了提高测量精度,应注意平常使用时的显示值应在满量程的50%左右来选择测量范围或刻度范围。选择传感器的响应速度,目的是适应输入信号的频带宽度,从而得到高信噪比。精度很高的传感器一定要精心使用。此外,还要合理选择使用现场条件,注意安装方法,了解传感器的安装尺寸和重量等,并且注意从传感器的工作原理出发,联系被测对象中可能会产生的负载效应问题,从而选择最合适的传感器。

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