传感器的选型原则是什么

  设计者通常愿意在传感器的线性范围内，选择高灵敏度的传感器，这是因为灵敏度越高，意味着传感器所能感知的变化量越小，即被测量量的微小变化就会使得传感器就有较大的输出但是，高灵敏度的传感器使用时，与被测量量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统所大，这又会影响测量精度。传感器的灵敏度越高，干扰噪声就会越大。因此，应该选择有较高情噪比(SNR)的传感器以减少干扰。值得注意的是，传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是一维矢量，且对其方向性要求较高，则应选择传感器单向灵敏度高而其他方向灵敏度小的传感器如果被测量量是多维矢量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

  (1)稳定性

  稳定性是指使用一段时间后的传感器其性能保持不变的能力。除传感器本身结构外，使用轮境是影响传感器稳定性的主要因素。因此，选择的传感器必须要有良好的环境适应能力。

  在选择传感器之前，应对其使用环境进行评估，根据使用环境选择传感器，或采取补偿措施以减小环境对传感器性能的影响。例如，选择电阻应变式传感器时应考虑湿度的影响选择变极距型电容式传感器和光电传感器时，应考虑环境灰尘、油剂浸人间隙时会改变电容器的介质和感光性质选择磁电式传感器或霍尔效应元件时，应考虑周围电磁场带来的测量误差选择滑线电阻式传感器时，正考虑表面的灰尘会引人噪声。实际的机械自动化系统或自动检测装置中，工作环境往往比较恶劣，此灰尘、油剂、温度、振动等干扰严重，这时传感器的选用必须优先考虑稳定性因素。

  另外，传感器在超过使用期后，应重新进行标定和校准，以确保传感器的性能稳定。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，对传感器稳定性要求更加严格，一方面要选择那些能够耐受长时间工作的传感器，另一方面要创造或保持良好的使用环境。

  (2)频率响应特性

  传感器的频率响应特性是指在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际上传感器的响应总不可遵免地有一定延迟，设计者和用户希望延迟时间越短越好。一般物性型传感器(例如利用光电效应、压电效应的传感器)响应时间短，工作频率宽而结构型传感器(例如电感、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，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)选择响应特性，以免产生过大的误差。

  (3)线性范围

  传感器的线性范围是指输出与输入呈正比的范围。传感器的线性范围是和灵敏度紧密相关的一个参数，理论上在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，且能保证一定的测量精度。例如，机械式传感器的弹性元件，其材料的弹性极限是决定测量量程的基本因素。当超过弹性极限时，将产生非线性误差。因此，当输入量增大时，除非有专门的非线性校正措施，传感器不应在非线性区域工作，更不能在饱和区域内工作。有些需在较强的噪声干扰下进行的测试工作，被测信号叠加干扰信号后也不应进入非线性区。因此，过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。选择传感器时，要考虑其量程是否满足工程实际要求。

  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的方便，但要注意其非线性误差在允许范围内。例如，变极距型电容、电感传感器，均采用在初始间隙附近的近似线性区内工作。

  (4)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必须考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏性与非破坏性测量、在线与非在线测量等。在机械系统中，往往采用非接触测量方式对运动部件的被测量量进行测量。例如，对于回转轴的误差、振动、转矩等被测量量，往往需要非接触式测量。这是因为对部件的接触式测量不仅造成对被测系统的影响，还存在许多实际困难。例如，测量头的磨损、接触状态的变动，信号采集也不易妥善解决，易造成测量误差。采用电容式、涡流式、光电式等非接触式传感器、会很方便。但若选用电阻应变片，则需配以遥测应变仪。又例如，对于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、核辐射探伤及声发射检测等，尽可能选用非破坏性测量方式。

  (5)在线测试

  在线测试是与实际情况保持同步的测试方法。许多自动化过程检测与控制系统往往要求在线检测。例如、在加工过程中对工件表面粗糙度进行检测，以往的光切法、干涉法、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。

  (6)其他原则

  选用传感器时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、易于更换等因素。还要综合考虑环境噪声、传递距离、输出方式、安装限制等因素。|