传感器与检测技术 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 宋雪臣 单振清 郭永欣 第9章传感器选用与标定.pdfVIP

第9章传感器选用与标定 知识目标 通过本课题的学习，要求熟悉传感器标定与校准 的概念，了解传感器标定的意义。 技能目标 通过本课题的学习，能够根据现场条件确定传感 器测量方式，能根据具体性能指标选用传感器类 型，熟悉传感器标定步骤。 9.1 传感器选用原则 9.1.1 测量方式选择  传感器在实际条件下的工作方式，也是选择传感器时 应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非 破坏性测量、在线与非在线测量等，条件不同，对测量方 式的要求亦不同。 　　在机械系统中，对运动部件的被测参数(例如回转轴 的误差、振动、扭力矩)，往往采用非接触测量方式。因 为对运动部件采用接触测量时，有许多实际困难，诸如测 量头的磨损、接触状态的变动、信号的采集等问题，都不 易妥善解决，容易造成测量误差。这种情况下采用电容式、 涡流式、光电式等非接触式传感器很方便，若选用电阻应 变片，则需配以遥测应变仪。 在某些条件下，可以运用试件进行模拟实验，这时可进行 破坏性检验。然而有时无法用试件模拟，因被测对象本身 就是产品或构件，这时宜采用非破坏性检验方法。例如， 涡流探伤、超声波探伤检测等。非破坏性检验可以直接获 得经济效益，因此应尽可能选用非破坏性检测方法。 9.1.2.感器性能指标选择  1.灵敏度  一般说来，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小，即只要被测量有一微小变化，传感器就有较 大的输出。但是，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。  ⑴当传感器的灵敏度很高时，那些与被测信号无关的外界噪声也会同 时被检测到，并通过传感器输出，从而干扰被测信号。因此，为了既 能使传感器检测到有用的微小信号，又能使噪声干扰小，就要求传感 器的信噪比愈大愈好。也就是说，要求传感器本身的噪声小，而且不 易从外界引进干扰噪声。  ⑵与灵敏度紧密相关的是量程范围。当传感器的线性工作范围一定时， 传感器的灵敏度越高，干扰噪声越大，则难以保证传感器的输入在线 性区域内工作。不言而喻，过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。  ⑶当被测量是一个向量，并且是一个单向量时，就要求传感器单向灵 敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好；如果被测量是二维或三维的 向量，那么还应要求传感器的交叉灵敏度愈小愈好。 2.响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持 不失真的测量条件。此外，实际上传感器的响应 总不可避免地有一定延迟，只是希望延迟的时间 越短越好。一般物性型传感器(如利用光电效应、 压电效应等传感器)响应时间短，工作频率宽；而 结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器， 由于受到结构特性的影响和机械系统惯性质量的 限制，其固有频率低，工作频率范围窄。 3.线性范围 　　任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内 输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的 工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精 度的基本条件。例如，机械式传感器中的测力弹性元件， 其材料的弹性极限是决定测力量程的基本因素，当超出测 力元件允许的弹性范围时，将产生非线性误差。 然而，对任何传感器，保证其绝对工作在线性区域内是不 容易的。在某些情况下，在许可限度内，也可以取其近似 线性区域。例如，变间隙型的电容、电感式传感器，其工 作区均选在初始间隙附近。而且必须考虑被测量变化范围， 令其非线性误差在允许限度以内。 4.稳定性 　　稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其 输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性 的因素是时间与环境。 5. 精确度 　　传感器的精确度是表示传感器的输出与被测 量的对应程度。如前所述，传感器处于测试系统 的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量， 对整个测试系统具有直接的影响。 9.2传感器的标定与校准 9.2.1 标定与校准的概念 标定是在明确传感器的输入与输出变换关系的前 提下，利用某种标准量或标准器具对传感器的量 值进行标度。新研制或生产的传感器都需要进行 全面的