第三章 传感器课件.ppt

第3章安全检测常用传感器 3 1传感器的作用及分类3 2结构型传感器3 3物性传感器3 4其他类型传感器3 5传感器的选用原则 3 1传感器的作用及分类 3 1 1传感器的作用传感器是实现检测与自动控制的首要环节 而传感技术是衡量科学技术现代化程度的重要标志 如果没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获与转换 一切准确的检测与控制将无法实现 信息的采集 捕获 与转换主要依赖于各种类型的传感器 信息的处理主要依靠电子技术和各种计算机 计算机与各种智能仪器将很快地在各个科学技术部门发挥巨大作用 然而 如果没有各种类型的传感器去准确地捕获并转换信息 即使最现代化的计算机也无法充分发挥其应有的作用 目前 传感器的应用已经渗透到各个学科领域 空间技术 海洋开发 资源探测 生物工程 人体科学等高技术领域 以实验检测为基础并与传感器技术的发展密切相关的 工业生产过程的现代化 主要依靠各种传感器来监测与控制生产过程的各种参数 在生活领域中已进人每一个家庭 传感器技术已形成一个完整独立的科学体系 相信在不久的将来 对传感器的研究将进人一个崭新的阶段 3 1 2传感器的分类1 按输入量 被测对象 分类输入量即被测对象 按此方法分类 传感器可分为物理量传感器 化学量传感器和生物量传感器三大类 其中 物理量传感器又可分为温度传感器 压力传感器 位移传感器等等 2 按转换原理分类从传感器的转换原理来说 通常分为结构型 物性型两大类 结构型传感器是利用机械构件 如金属膜片等 在动力场或电磁场的作用下产生变形或位移 将外界被测参数转换成相应的电阻 电感 电容等物理量 它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的 物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理 化学效应 即物质定律 如虎克定律 欧姆定律等 实现非电量的转换 它是以半导体 电介质 铁电体等作为敏感材料的固态器件 3 按能量转换的方式分类 按转换元件的能量转换方式 传感器可分为有源型和无源型两类 有源型也称能量转换型或发电型 它把非电量直接变成电压量 电流量 电荷量等 如磁电式 压电式 光电池 热电偶等 无源型也称能量控制型或参数型 它把非电量变成电阻 电容 电感等量 4 按输出信号的形式分类按输出信号的形式 传感器可分为开关式 模拟式和数字式 5 按输入和输出的特性分类按输入 输出特性 传感器可分为线性和非线性两类 3 2结构型传感器 3 2 1电阻式传感器 1 电阻式传感器1 原理金属体都有一定的电阻 电阻值因金属的种类而异 同样的材料 越细或越薄 则电阻值越大 当加有外力时 金属若变细变长 则阻值增加 若变粗变短 则阻值减小 如果发生应变的物体上安装有金属电阻 当物体伸缩时 金属体也按某一比例发生伸缩 因而电阻值产生相应的变化 设有一根长度为l 截面积为A 电阻率为 的金属丝 则它的电阻值R可用下式表示 3 1 从上式可见 若导体的三个参数 电阻率 长度和截面积 中的一个或数个发生变化 则电阻值随着变化 因此可利用此原理来构成传感器 例如 若改变长度l 则可形成电位器式传感器 改变l A和 则可做成电阻应变片 改变 则可形成热敏电阻 光导性光检测器等 2 电阻式传感器结构 由电阻元件及电刷 活动触点 两个基本部分组成 电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动 转动和螺旋运动 因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出 3 电阻式传感器应用 电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力 测压 称重 测位移 加速度 扭矩等测量仪表是冶金 电力 交通 石化 商业 生物医学和国防等部门进行自动称重 过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一 4 电阻式传感器的优缺点 结构简单 输出精度较高 线性和稳定性好等特点 但是它受环境条件如温度等影响较大 有分辨率不高等不足之处 2 电位器式传感器电位器式传感器通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化 从而改变电阻值大小 进而再将这种变化值转换成电压或电流的变化值 2 电位器式传感器 电位器式传感器分为线绕式和非线绕式两大类 线绕电位器是最基本的电位器式传感器 非线绕式电阻传感器则是在线绕电位器的基础上 在电阻元件的形式和工作方式上有所发展 包括薄膜电位器 导电塑料电位器和光电电位器等 线绕电位器式传感器的核心 即转换元件是精密电位器 它可实现机械位移信号与电信号的模拟转换 是一种重要的机电转换元件 图3 1线绕电位器式传感器原理图 工作时 在电阻元件的两端 即Ui端加上固定的直流工作电压 从Uo端就有电压输出 并且 这个输出电压的大小与电刷所处的位置相关 当电刷臂随着被测量产生位移x时 输出电压也发生相应的变化 这是精密电位器的基本工作原理 易见 3 2 线绕电位器式传感器又分为直线位移型 角位移型和非线性型等 下图 不管是哪种类型的传感器 都由线圈 骨架和滑动触头等组成 线圈绕于骨架上 触头可在绕线上滑动 当滑动触头在绕线上的位置改变时 即实现了将位移变化转换为电阻变化 图3 2线绕电位器式传感器的组成 a 直线位移型 b 角位移型 c 非线性型 3 电阻应变式传感器电阻应变式传感器由弹性敏感元件和电阻应变片组成 当弹性敏感元件受到被测量作用时 将产生位移 应力和应变 则粘贴在弹性敏感元件上的电阻应变片将应变转换成电阻的变化 这样 通过测量电阻应变片的电阻值变化 从而确定被测量的大小 3 电阻应变式传感器 主要优点是 1 由于电阻应变片尺寸小 重量轻 因而具有良好的动态特性 适用于静态和动态测量 2 测量应变的灵敏度和精度高 可测量1 2 m应变 误差小于1 2 3 测量范围上 既可测量弹性变形 也可测量塑性变形 变形范围从1 20 4 能适应各种环境 可在高 低 温 超低压 高压 水下 强磁场以及辐射和化学腐蚀等恶劣环境下使用 电阻应变式传感器缺点是输出信号微弱 在大应变状态下具有较明显的非线性等 1 电阻应变片的分类和结构 电阻应变片的分类 电阻应变片的种类繁多 分类方法也各异 按所选用的敏感材料可分为 金属应变片和半导体应变片 按敏感栅结构可分为 单轴应变片和多轴应变片 按基底材料可分为 纸质应变片 胶基应变片 金属基底应变片 浸胶基应变片 按制栅工艺可分为 丝绕式应变片 短接式应变片 箔式应变片 薄膜式应变片 按使用温度可分为 低温应变片 30 以下 常温应变片 30 60 中温应变片 60 350 高温应变片 350 以上 按安装方式可分为 粘贴式应变片 焊接式应变片 喷涂式应变片 埋入式应变片 按用途可分为 一般用途应变片 特殊用途应变片 水 疲劳寿命 抗磁感应 裂缝扩展等 按制造工艺可分为 体型半导体应变片 扩散 含外延 型半导体应变片 薄膜型半导体应变片 N P元件半导体型应变片 电阻应变片的结构 电阻应变片 简称应变片 的种类繁多 但基本构造大体相同 都是由敏感栅 基底 覆盖层 引线和粘合剂构成 如图3 4所示 图3 4电阻应变片的基本结构 3 2 2电容式传感器1 电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器常用的是平板电容器 平板电容器由两个金属平行板组成 通常以空气为介质 如图所示 在忽略边缘效应时 平行板电容器的电容为 3 18 3 19 式中 C 电容量 F 0 真空介电常数 r 极板间介质的相对介电常数 A 极板的有效面积 m2 d 两平行极板间的距离 m 2 电容式传感器测量电路 电容式传感器将被测量转换成电容量的变化 但由于电容及其变化量均很小 pF级 因此必须借助测量电路检测出这一微小电容及增量 并将其转换成电压 电流或频率 以便于显示 记录或传输 电容式传感器的测量电路种类很多 除前面介绍的电桥电路外 还可采用运算放大器电路 运算放大器电路 为克服电容式传感器极距的变化呈非线性关系缺点 最方便 简单的办法就是把变极距型电容传感器作为比例运算放大器的反馈环节 如图3 12所示 图中 运算放大器的输入端为电容C0 其反馈环节为变极距式电容传感器Cx 亦为电容 根据比例放大的运算关系 3 35 故可得 3 36 上式表明 若激励电压Ui与输入电容C0保持不变 则输出电压Uo与极距 成线性关系 此电路常用于位移测量传感器 图3 12运算放大器电路 3 优缺点 1 结构简单 适应性强 2 动态响应好 3 分辨率高 4 温度稳定性好 5 可实现非接触测量 具有平均效应不足之处是输出阻抗高 负载能力差 4 应用 1 ZCS1100型精密电容位移传感器 本传感器可以在线检测压电微位移 振动台 电子显微镜微调 天文望远镜镜片微调 精密微位移测量等 4 应用 2 FWS C 型在线电容式水分检测传感器 在线检测各种工作机械的液压 润滑系统介质的含水率 特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机 造纸机 汽轮机 船舶机械 4 应用 3 FW C1型电容式润滑油实时在线监测传感器 本传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度 包括氧化程度 含水量和其它机械化学杂质污染度 从而精确测定润滑油质量 判定是否需要更换润滑油 即可节约油料 又能预测设备故障 是设备润滑油管理中改变传统的按期换油 实现按质换油的关键部件 3 2 3电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移 压力 流量 振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化 再由电路转换为电压或电流的变化量输出 实现非电量到电量的转换 常见电感式传感器有自感式 互感式 磁电式传感器 1 自感式电感传感器 自感式电感传感器主要用来测量位移或者是可以转换成位移的被测量 如振动 厚度 压力 流量等 工作时 它是利用线圈自感量的变化来实现测量的 它由线圈 铁芯和衔铁三部分组成 2 互感式电感传感器 互感式电感传感器是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电势的变化 互感式电感传感器实际上是一个具有可动铁芯和两个次级线圈的变压器 变压器初级线圈接入交流电源时 次级线圈因互感作用产生感应电动势 当互感变化时 输出电势亦发生变化 又称为差动变压器式电感传感器 简称差动变压器 下面介绍目前广泛采用的螺管式差动变压器 工作原理螺管式差动变压器主要由线圈框架A 绕在框架上的一组初级线圈W和两个完全相同的次级线圈W1 2及插入线圈中心的圆柱形铁芯B组成 如图3 20 a 所示 图3 20差动变压器 a 结构原理 b 等效电路 c 输出特性 当初级线圈W加上一定的交流电压时 次级线圈W1和W2 由于电磁感应分别产生感应电势e1和e2 其大小与铁芯在线圈中的位置有关 把感应电势e1和e2反极性串联 则输出电势为 次级线圈产生的感应电势为 3 44 式中 M 初级线圈与次级线圈之间的互感 i 流过初级线圈的激磁电流 以上分析表明 差动变压器输出电压的大小反映了铁芯位移的大小 输出电压的极性反映了铁芯运动的方向 3 电感式传感器有如下几个特点 结构简单 无活动电触点 工作可靠 寿命较长 灵敏度和分辨率高 电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出 线性度和重复性比较好 在一定位移 如几十微米至几毫米 内 传感器非线性误差可做到0 05 0 1 并且稳定性好 4 应用 电感式传感器具有结构简单 动态响应快 易实现非接触测量等突出的优点 特别适合用于酸类 碱类 氯化物 有机溶剂 液态CO2 氨水 PVC粉料 灰料 油水界面等液位测量 目前在冶金 石油 化工 煤炭 水泥 粮食等行业中应用广泛 3 2 4磁电式传感器磁电感应式传感器磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势 是一种机 电能量转换型传感器 不需要供电电源 电路简单 性能稳定 输出阻抗小 又具有一定的频率范围 一般为10 1000Hz 适应于振动 转速 扭矩等测量 根据法拉第电磁感应定律 N匝线圈在磁场中作切割磁力线运动或穿过线圈的磁通量变化时 线圈中产生的感应电动势e与磁通的变化率有如下关系 3 46 进入线圈的磁通量越大 d 也越大 如果相对运动速度越快 即v或 越大 相当于dt越小 就越大 感应电动势e还与线圈匝数N成正比 不同类型的磁电感应式传感器 实现磁通量 变化的方法不同 有恒磁通的动圈式与动铁式磁电感应式传感器 有变磁通的 变磁阻 的开磁路式或闭磁路式磁电感应式传感器 磁电感应式传感器的直接应用是测量线速度v和角速度 如图3 22所示 其中图 a 为测线速度v 图 b 为测角速度 当线圈垂直于磁场方向运动时 磁电式传感器是利用电磁感应原理 将输入量转换成线圈中的感应电势输出的一种传感器 由于不需要辅助电源 所以是一种有源传感器 也被称为感应式传感器或电动式传感器 图3 22磁电感应式传感器 应用 磁电式传感器主要用于振动测量 其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准 它直接安装在振动体上进行测量 因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用 3 3物性传感器 3 3 1压电式传感器 全节重点 基于压电效应的传感器 是一种自发电式和机电转换式传感器 压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应 某些电介质 当沿着一定方向对其施力而使它变形时 内部就产生极化现象 同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷 当外力去掉后 又重新恢复不带电状态 这种现象称为压电效应 当作用力方向改变时 电荷极性也随着改变 逆向压电效应是指当某晶体沿一定方向受到电场作用时 相应地在一定的晶轴方向将产生机械变形或机械应力 又称电致伸缩效应 当外加电场撤去后 晶体内部的应力或变形也随之消失 2 压电材料1 压电晶体石英是典型的压电晶体 其化学成分是二氧化硅 SiO2 压电系数较低 d11 2 3 10 12C N 它在几百度的温度范围内不随温度而变 但到573 时 完全丧失压电性质 这是它的居里点 石英具有很大的机械强度 在研磨质量好时 可以承受700 1000kg mm2的压力 并且机械性质也较稳定 除天然石英和人造石英晶体外 近年来铌酸锂LiNbO3 钽酸锂LiTaO3 锗酸锂LiGeO3等许多压电单晶在传感技术中也获得广泛应用 2 多晶压电陶瓷 多晶压电陶瓷是一种经极化处理后的人工多晶体 主要有极化的铁电陶瓷 钛酸钡 锆钛酸铅等 钛酸钡是使用最早的压电陶瓷 它具有较高的压电常数 约为石英晶体的50倍 但它的居里点低 约为120 机械强度和温度稳定性都不如石英晶体 锆钛酸铅系列压电陶瓷 PZT 随配方和掺杂的变化可获得不同的性能 它的压电常数很高 约为 200 500 10 12 居里点约为310 温度稳定性比较好 是目前使用最多的压电陶瓷 由于压电陶瓷的压电常数大 灵敏度高 价格低廉 在一般情况下 都采用它作为压电式传感器的压电元件 3 新型压电材料 新型压电材料主要有有机压电薄膜和压电半导体等 有机压电薄膜是由某些高分子聚合物 经延展拉伸和电场极化后形成的具有压电特性的薄膜 如聚仿氟乙烯 聚氟乙烯等 有机压电薄膜具有柔软 不易破碎 面积大等优点 可制成大面积阵列传感器和机器人触觉传感器 压电半导体是指既具有半导体特性又具有压电特性的材料 如硫化锌 氧化锌 硫化钙等 由于同一材料上兼有压电和半导体两种物理性能 故可以利用压电性能制作敏感元件 又可以利用半导体特性制成电路器件 研制成新型集成压电传感器 图3 27压电传感器 a 压电元件 b 电压等效电路 c 电荷等效电路 3 压电传感器结构 等效电路 当压电晶片受力时 在它的两个电极上会产生极性相反 电量相等的电荷 这样可以把压电传感器看成一个静电发生器 两个极板上聚集电荷 中间为绝缘体 它又可以看成一个电容器 如图3 27 a 所示 其电容量为 3 54 式中 S 极板面积 d 压电晶片厚度 介质介电常数 0 真空介电常数 0 8 85 10 12F m r 压电材料的相对介电常数 石英晶体为4 85 由于电容器上的开路电压Ua电荷量Q与电容Ca三者之间存在以下关系 可见压电式传感器可以等效为一个电压源Ua和一个电容Ca的串联电路 如图3 27 b 所示 也可以等效为一个电流源I和一个电容Ca的并联电路 如图3 27 c 所示 4 特点 它的优点是频带宽 灵敏度高 信噪比高 结构简单 工作可靠和重量轻等 缺点是某些压电材料需要防潮措施 而且输出的直流响应差 需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷 3 3 2半导体敏感元件 全节重点 1 电阻敏感元件1 热敏电阻2 气敏电阻3 光敏电阻2 磁电转换元件 1 热敏电阻热敏电阻器是敏感元件的一类 热敏电阻由半导体陶瓷材料组成 大多为负温度系数 即阻值随温度增加而降低 典型特点是对温度敏感 不同的温度下表现出不同的电阻值 它是最灵敏的温度传感器 如图 热敏电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型 即负电阻温度系数热敏电阻 NTC 正电阻温度系数热敏电阻 PTC 和在某一特性温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻 CTR 如图 热敏电阻 温度特性 热敏电阻的主要特点 灵敏度较高 工作温度范围宽 体积小 能够测量其他温度计无法测量的空隙 腔体及生物体内血管的温度 使用方便 电阻值可在0 1 100k 间任意选择 易加工成复杂的形状 可大批量生产 稳定性好 过载能力强 应用 在流速计 流量计 气体分析仪 热导分析中常利用热敏电阻特性 制成专用的检测元件 热敏电阻主要用于电器设备的过热保护 无触点继电器 恒温 自动增益控制 电机启动 时间延迟 彩色电视自动消磁 火灾报警和温度补偿等方面 热敏电阻的电路符号 2 气敏电阻气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器 工作原理 气敏电阻是由金属氧化物烧结而成的半导体电阻元件 当环境中气体的成分或浓度发生变化时 导致气敏电阻的阻值发生变化 其变化范围在103 105 数量级之间 气敏电阻半导体材料亦分为N型半导体与P型半导体两种 N型材料如SnO2 ZnO CdO W2O3 Mn02 ThO2 TiO2等 P型材料如MoO2 NiO CoO Cu2O Cr2O3等 均为金属氧化物 气敏电阻的结构如图3 35所示 图3 35气敏电阻 图中1为气敏半导体材料 体积很小 直径在1mm以内 2为加热电极 3为引出端电极 均为 0 05mm铂电阻丝 在四个电极的支撑下封装在不锈钢防爆网内 构成气敏电阻 图3 36气敏传感器在各种气体浓度q下电路输出电压U的曲线 应用 许多工业部门 如石油 化工 采矿以及生活环境中 对危险 有害气体进行监测与报警 气敏电阻的电路符号 3 光敏电阻1 结构和原理 光敏电阻又称为光导管 是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器 光敏电阻几乎都是用半导体材料制成 光敏电阻的结构较简单 如下图3 44所示 图3 44光敏电阻结构 图3 45光敏电阻接线电路 如果把光敏电阻连接到外电路中 在外加电压的作用下 用光照射就能改变电路中电流的大小 如图3 45所示为接线电路 光敏电阻的外形及电路符号 应用 可广泛应用于照相机 太阳能庭院灯 草坪灯 验钞机 石英钟 音乐杯 礼品盒 迷你小夜灯 光声控开关 路灯自动开关以及各种光控玩具 光控灯饰 灯具等光自动开关控制领域 2 磁电转换元件霍尔元件霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器 霍尔元件具有许多优点 它们的结构牢固 体积小 重量轻 寿命长 安装方便 功耗小 频率高 可达1MHZ 耐震动 不怕灰尘 油污 水汽及盐雾等的污染或腐蚀 2 磁电转换元件 霍尔效应1879年 美国物理学家霍尔发现在通有电流的金属板上加一匀强磁场 当电流方向与磁场方向垂直时 在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差 这个现象称为霍尔效应 这个电势差称为霍尔电动势 如图3 57 a 所示 图3 57霍尔效应原理图及符号 a 霍尔效应原理图 b 图形符号 霍尔元件应用由于导体的霍尔效应很弱 霍尔元件都用半导体材料制作 目前常用的霍尔元件材料是N型硅 它的霍尔灵敏度系数 温度特性 线性度均较好 锑化铟 InSb 砷化铟 InAs N型锗 Ge 等也是常用的霍尔元件材料 锑化铟元件的输出较大 受温度影响也较大 砷化铟和锗输出不及锑化铟大 但温度系数小 线性度好 砷化镓 GaAs 是新型的霍尔元件材料 温度特性和输出线性都好 但价格贵 今后将逐渐得到应用 3 4其他类型传感器 1 超声波传感器 为了以超声波作为检测手段 必须产生超声波和接收超声波 完成这种功能的装置就是超声波传感器 习惯上称为超声波换能器 或超声波探头 超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相介面经过反射后 再返回到接收探头 这就是超声波测距原理 超声波探头的具体结构如图3 63所示 图3 63超声波探头结构 a 发射探头 b 接收探头 应用 医学应用是其最主要的应用之一 主要是诊断疾病 它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法 超声波检测广泛应用在工业 国防 生物医学等方面 超声波距离传感器可以广泛应用在物位 液位 监测 机器人防撞 各种超声波接近开关 以及防盗报警等相关领域 工作可靠 安装方便 防水型 发射夹角较小 灵敏度高 方便与工业显示仪表连接 也提供发射夹角较大的探头 2 微波传感器由发射天线发出的微波 遇到被测物体时将被吸收或反射 使功率发生变化 若利用接收天线接收通过被测物或由被测物反射回来的微波 并将它转换成电信号 再由测量电路处理 就实现了微波检测 应用 雷达传感器是也是微波传感器的一种 常被运用于交通测速雷达 汽车变道辅助系统 水位计 汽车ACC雷达巡航系统 天车防撞 机场防入侵 自动门感应和水龙头感应等等 相对于传统的喇叭天线型微波传感器 此类传感器采用平面微带技术 具有稳定性高 体积小 感应灵敏等特点 3 红外探测器反射式红外探测器 反射式光学系统的红外探测器的结构如图3 64所示 它由凹面玻璃反射镜组成 其表面镀金 铝和镍铬等红外波段反射率很高的材料构成反射式光学系统 为了减小像差或使用上的方便 常另加一片次镜 使目标辐射经两次反射聚集到敏感元件上 敏感元件与透镜组合一体 前置放大器接收热电转换后的电信号 并对其进行放大 图3 64反射式红外探测器示意图 红外探测器 4 射线式传感器射线式传感器主要由放射源和探测器组成 利用射线式传感器进行测量时 都要有可发射出粒子 或 射线的辐射源 选择射线源应尽量提高检测灵敏度和减小统计误差 为避免经常更换放射源 要求采用的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度 因此 尽管放射性同位素种类很多 但能用于测量的有二十种左右 3 5传感器的选用原则 3 5 1传感器的选用指标1 灵敏度一般来讲 检测精度越高 就要求传感器具有较高的灵敏度 当灵敏度高时 与测量信号无关的外界噪声也容易混入 并且噪声也会被放大系统放大 因此 必须考虑既要求检测微小量值 又要噪声小 为保证此点 往往要求信噪比越大越好 即要求传感器本身噪声小 且不易从外界引入干扰噪声 有些检测工作在较强的噪声干扰下进行 这时对传感器来讲 其输入量不仅包括被测量 也包括干扰量 两者的叠加不能进入非线性区 显然 过高的灵敏度将会影响其适用测量范围 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 一般来讲 利用光电效应 压电效应等制作的物性型传感器 其响应时间短 可工作频率范围宽 而结构型 如电感 电容 磁电式 传感器等 由于受结构特性的影响 以及机械系统惯性质量的限制 其固有频率较低 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 应充分考虑到被测物理量的变化特点 如稳态 瞬变 随机等 3 线性范围任何传感器都有一定的线性范围 在线性范围内输出与输入成比例关系 传感器工作在线性区域内 是保证测量精度的基本条件 线性范围越宽 表明传感器的工作量程越大 然而 任何传感器都不容易保证其绝对线性 某些情况下 在保证检测精度的前提下 可利用其近似线性区 4 稳定性影响传感器稳定性的因素是时间与环境 为了保证稳定性 在选定传感器之前 应对使用环境进行调查 以选择较合适的传感器类型 5 精确度传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度 传感器处于检测系统的输入端 因此 传感器能否真实地反映被测量值 对整个系统具有直接影响 在实际工作中 并非要求传感器的精确度越高越好 传感器的精确度越高价格也越昂贵 在确定传感器的精确度时 首先应了解检测的目的和要求 判定是定性分析还是定量分析 如果是属于相对比较性的试验研究 只需获得相对比较值即可 那么要求传感器的精密度高 而无需要求绝对量值 如果是进行定量分析 那就必须获得精确量值 因而要求传感器要有足够高的精确度 6 测量方式 传感器的工作方式也是选用传感器时应考虑的重要因素 条件的不同 对传感器的要求也不同 在某些情况下 尽可能地选用非破坏性检测方在线实时检测是与实际情况更接近一致的检测方法 特别是实现自动化过程的控制与检测系统 往往对真实性与可靠性要求很高 因此必须进行在线实时检测才能达到检测的要求 3 5 2传感器的选择与应用1 传感器的选择与方法如何根据具体的测量目的 测量对象以及测量环境合理地选用传感器 是在进行某个量测量时首先要解决的问题 要从系统总体考虑 明确使用的目的以及采用传感器的必要性 绝对不要采用不适宜的传感器与不必要的传感器 因此 有必要根据不同的测试目的 规定选择传感器的某些标准 选择的标准主要考虑以下因素 传感器的性能 传感器