现代传感器在原理及构造上纷繁复杂,如何根据特定的测量目标、被测对象及测量环境合理地选择传感器,无疑是在进行某一量值的测量时首要解决的难点。当传感器的选择尘埃落定时,与其相匹配的测量方法和测量设备亦可一同确立。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器选型的合理性。
1、依据测量对象与测量环境确定传感器的类型
对于一项具体的测量工作,首先需考虑采用何种原理的传感器,这需要在综合考量众多因素后方可抉择。因为,即便所测维度相同,也有诸多原理的传感器任君挑选,哪种原理的传感器更为适宜,则需要根据被测物的特性以及传感器的使用环境考虑如下一些具体问题:量程的规模;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;信号的引出方式,有线或非接触测量;传感器的来源,国产抑或进口,价位能否负担得起,或者选择自主研发。
在充分考虑上述问题之后就能确定选择何种类型的传感器,进而再考虑传感器的具体性能参数。
2、灵敏度的选定
原则上,在传感器的线性范围内,期望传感器的灵敏度越高愈好。因为只有敏感度高,与被测物变化相对应的输出信号的值才较为显著,有助于信号处理。然而需注意,传感器的灵敏度高,即便与被测物无干的外界噪声也易于混入,在放大系统中被进一步放大,对测量精度构成影响。因此,要求传感器本身具备较高的信噪比,尽可能减少从外界引入的干扰信号。
传感器的灵敏度具有方向性。若被测物为单向量且对其方向性要求较高,此时应选择其它方向灵敏度较低的传感器;若被测物为多维向量,那么要求传感器的交叉灵敏度尽可能小。
3、频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测物的频率区间,务必在允许的频率范围内保持无失真的响应。实际上,传感器的响应总存在一定制约,期望制约时间愈短愈好。
传感器的频率响应越高,可测的信号频率范围则越宽。
在动态测量过程中,应对信号的特征(稳态、瞬态、随机等)响应特性加以考量,避免产生过大的误差。
4、线性范围
传感器的线性范围指代输出与输入呈正向比例的区间。理论上说,在此范围内,灵敏度始终维持在一定值之上。传感器的线性范围愈广阔,则其量程相应较大,从而保证了相当程度的测量准确度。在挑选传感器时,一旦传感器类型确定,首先需要考察其量程是否符合需求。
然而事实上,任何传感器均无法提供绝对的线性,其线性度仅仅是相对的。当所需测量精度尚属较低之时,在一定范围内,可将非线性误差较小的传感器视为近乎线性的,这无疑会为测量工作带来极大的便利。
5、稳定性
传感器在使用一段时间之后,其性能数值保持稳定不变的能力被称为稳定性。除传感器本身构造外,影响传感器长期稳定性的主要因素在于传感器的使用环境。因此,要确保传感器拥有优良的稳定性,必须具备强大的环境适应能力。
在选择传感器之前,应对其使用环境展开充分的调研,并依据具体的使用环境针对性地选择适宜的传感器,或者采取必要的措施,削弱环境对传感器的影响。
传感器的稳定性有着具体的量化指标,超过使用期限之后,在启用前应当重新进行校准,以确认传感器的性能是否发生变化。
在某些场合下,既要求传感器能长期使用又不可轻易替换或校准,那么所选用的传感器的稳定性则需要更为严格的标准,应当有足够的承受长期考验的能力。
6、精度
精度是传感器的一项关键性能指标,它直接影响到了整个测量系统的测量准确度。传感器的精度越高,其售价也就越昂贵,因此,在选择传感器时,只需要确保其满足整个测量系统的精度要求就已足够,无需追求过高的精度。如此一来,便可从众多满足相同测量目的的传感器中挑选较为经济实惠且操作简便的一款。
若测量目的仅为定性分析,只需选择重复精度较高的传感器即可,不适合选择绝对量级精度较高的;而若旨在进行定量分析,必须获取精确的测量值,则需选用精度等级符合要求的传感器。
对于某些特殊的使用场景,若无法找到适宜的传感器,便需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足实际使用需求。