现代传感器在原理及结构上表现出千差万别的特性,如何在进行某一项特定的测量任务之前,依据测量目标、测量对象与测量环境合理地选定传感器,乃是首要解决的关键性问题。一旦确定了所需传感器,与其相配套的测量策略与测量设备也便可以制定出来。测量结果的优劣,在很大程度上取决于选用的传感器是否得当。
1、根据测量对象与环境确定传感器的类型
在进行一项具体的测量工作之际,首要考虑的便是采用何种传感器的原理,需在综合考虑诸多因素后方能做出决策。具体来说,即便是测量同一物理量,亦存在着众多基于不同原理设计的传感器供你选择,而哪种原理的传感器更加适合,便需要根据被测量的特性以及传感器的使用环境考虑以下一系列具体的问题:
(1)量程的大小;
(2)被测位置对传感器体积的需求;
(3)测量方式为接触式还是非接触式;
(4)信号的引出方式,有线或是非接触测量;
(5)传感器的来源,国内制造还是进口,价格是否能够承受,或者是自主研发。
在解决上述问题之后,便能确定选用何种类型的传感器,随后再关注传感器的具体性能指标。
2、灵敏度的选择
一般而言,在传感器的线性范围内,我们期望传感器的灵敏度越高越好。原因在于唯有灵敏度高时,与被测量变化相对应的输出信号的值方能较大,从而更利于信号处理。但值得注意的是,若传感器的灵敏度过高,与被测量无关的外部噪音也更容易混入,并会经由放大系统放大,从而干扰到测量精度。因此,要求传感器本身应具备较高的信噪比,尽可能地剔除从外部引入的干扰信号。
敏感度是有方向性的。当被测量为单一向量,且对其方向性有较高的需求时,应选择其他方向灵敏度较小的传感器;若被测量为多维向量,传感器的交叉灵敏度愈小愈好。
3、频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许的频率范围内维持无失真的测量条件。实际上,传感器的响应总是有所延迟,希望延迟时间最短宜。
传感器的频率响应高通,则可测的信号频率范围较宽,然而受结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因此有频率较低的传感器以测信号的频率较低。
在动态测量中,应根据信号的特性(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过大的误差。
4、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。理论上讲,在此范围内,灵敏度保持恒定。传感器的线性范围愈宽,则其量程愈大,且能确保一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后,首要看其量程是否满足要求。
然而,事实上,任何感应器皆无法确保绝对的线性,其线性程度亦相对而论。在所需测量精准度相对较低的情况下,在一定的范围内,可将非线性误差微小的感应器视为近似的线性,如此将极大地提高测量的便利性。
5、稳定性
感应器在历经一段时间的使用后,其性能保持不变的能力可称之为稳定性。除了感应器自身的构造之外,影响感应器长期稳定性的主要因素在于感应器的使用环境。因此,若欲让感应器具有优良的稳定性,那么感应器必须具备较强的环境适应能力。
在选取感应器之前,应对其使用环境进行详尽的研究,并依据具体的使用环境挑选适宜的感应器,或是采取适当的举措,减轻环境对感应器的影响。
感应器的稳定性存在一定的定量标准,若使用期限已过,在使用之前应重新进行校准,以确认感应器的性能有无发生变化。
对某些需要感应器长时间使用且不便于频繁更换或校准的场合,所选取的感应器的稳定性应更为严格,以确保其能承受长期的考验。
6、精度
精度乃感应器的一个关键的性能指标,它直接关联着整个测量系统测量精度的至关重要性。感应器的精度越高,其价格也就越昂贵,因此,感应器的精度仅需满足整个测量系统的精度需求即可,无需过分追求过高的精度。这样便可在众多为相同测量目的服务的感应器中,选择更为实惠且简洁的感应器。
若是测量之目的在于定性分析,只需选用重复精度高的感应器即可,无需选用绝对量值精度高的;若是为了进行定量分析,需获取精确的测量值,就需选用精度等级能满足需求的感应器。
对于某些特殊的使用场合,若无法直接选到合适的感应器,那么便需要自行设计与制造感应器。自制感应器的性能应符合使用要求。