第12章 传感器的选择与使用.pptVIP

第12章 传感器的选择与使用 12.1 传感器的正确选择 12.2 传感器的合理使用 思考题与习题 12.1 传感器的正确选择  1. 与测量条件有关的事项 包括测量的目的；被测试量的选择；测量范围；输入信号的最大值；频带宽度；指标要求；测量所需要的时间等。 2. 与传感器有关的事项 其中有静态特性指标；动态特性指标；模拟量还是数字量；输出量及其数量级；被测物体产生的负载效应；校正周期；超标准过大的输入信号的保护等。 3. 与使用条件有关的事项 包括传感器的设置场所；环境条件（温度、湿度、振动等）；测量时间；与其它设备的连接及距离；所需功率容量等。 4. 与购买和维护有关的事项 包括性能价格比；零配件的储备；售后服务与维修制度、保修时间；交货日期等。 以上是选择传感器的主要注意事项。虽然,选择传感器时要考虑的事项很多,但无需满足所有的事项要求,应根据实际使用的目的、指标、环境等,有不同的侧重点。例如,长时间连续使用的传感器,就必须重视经得起时间考验等长期稳定性问题；而对机械加工或化学分析等时间比较短的工序过程,则需要灵敏度和动态特性较好的传感器。为了提高测量精度,应注意以平常使用时的显示值要在满刻度的50%左右来选择测定范围或刻度范围。选择传感器的响应速度,目的是适应输入信号的频带宽度,从而提高信噪比。  此外,还要合理选择设置场所,注意安装方法,了解传感器的外形尺寸、重量等；注意从传感器的工作原理出发,分析被测物体中可能会产生的负载效应等问题,以确定选择哪一种传感器最合适。这方面的例子比比皆是。如某油田注水机房为确保电机安全运行,需在几台电机上设置30个测温点,测温范围是12～100 ℃,环境恶劣,且传感器与测试、处理电路之间引线长。能用于测温的传感器有多种类型,本门课程介绍过的就有四五类。经过查阅资料,反复思考,对比各传感器的特性参量,否定了热电偶及其它电阻丝传感器,采用了铂电阻传感器。其原因如下： ①铂丝的纯度可做到99.999%或更高；②铂电阻可以测低温（-200～60 ℃）、 中温（0～350 ℃）及高温（0～500 ℃）； ③铂丝的直径范围为0.03～0.1mm,应用于500 ℃以下时测温精度高于热电偶式传感器；④在温度小于200℃时,铂电阻的非线性系数小于0.3%; ⑤便于在恶劣环境下设计、安装等。经实际使用,满足用户要求。 12.2 传感器的合理使用 1. 线性化及补偿 传感器使用中的一个问题就是线性化及补偿。线性化及补偿就是在使用传感器进行实际测量时,要进行下述两种处理。 第一种处理是对传感器的输入-输出特性进行补偿,也称线性化处理。一般说来,对测量的数值进行显示、记录时,应该采用能够直读的形式。如果某测量系统所显示的数值还要由读取的人乘以某个修正系数,或者进行补偿计算之后才能获得真值时,那么,这个系统就没有什么实用价值了。这里问题的关键在于传感器的输入-输出特性。 图12.1示出了实际传感器的几种典型输入-输出特性曲线。图12.1(a)是通过原点的线性特性曲线,它可算是最完善的特性,但为了将显示值转换成能直读的真值,还必须在输出值上乘以系数进行系数补偿。图12.1(b)也是相当好的不通过原点的线性特性曲线,对它除了要进行系数补偿之外,同时还要进行减B处理。图12.1（c）是最简单的平方特性曲线,也需进行开方处理和系数补偿。图12.1(d)为最简单的指数特性曲线,这时需进行对数转换处理。除此之外,还有其它各种特性（对数特性、1／x特性及非函数特性等）的传感器,对这些传感器也必须进行相应的处理。当微处理机技术还没有引入传感器时,这种处理是依靠模拟电路采取具有与传感器特性相反特性的元件,用硬件的方法来实现的。例如,在具有指数特性的传感器上配上对数变换器,如图12.2所示。图12.2中的对数变换器采用了两个运算放大器和两只参数相同的三极管,同时具有很好的温度补偿作用。不难证明： 式中: UT= ,为温度的电压当量,在常温下（300 K）, UT≈26mV；R3可选合适的热敏电阻,以补偿UT的温度系数。C1、C2用来进行相位补偿。若E=10V,R1=10kΩ,R2=100kΩ,R4=15kΩ,R3=1kΩ, UT=0.416 V,则  传感器的输入与经过变换后的输出变成了线性的关系。 又如应用广泛的热敏元件——半导体热敏电阻,它的电阻-温度特性是非线性的。NTC型热敏电阻的电阻-温度关系可表示为 式中： T为被测温度（K）；Rt、R0是被测温度分别为T和T0时的热敏电阻值；B是热敏电阻的材料常数。热敏电阻的这种特