導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 培訓(xùn)課件>> 其他>>正文

安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控原理與儀表

		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月27日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大?。?512.00 KB 共52頁(yè)	文檔格式： PPT	下載點(diǎn)數(shù)： 18 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

部分內(nèi)容預(yù)覽 [文件共52頁(yè)]

本文件共52頁(yè)，只能預(yù)覽部分內(nèi)容，查看全部?jī)?nèi)容需要下載。

注：預(yù)覽效果可能會(huì)出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問(wèn)題，下載是正常的。

	文件大?。?12.00 KB 共52頁(yè) 文件格式：PPT 下載點(diǎn)數(shù)：18 點(diǎn)（VIP會(huì)員免費(fèi)）

下一篇：餐飲服務(wù)食品安全基礎(chǔ)

上一篇：冬季十大易被忽略的危險(xiǎn)

文本預(yù)覽

僅提取頁(yè)面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

第2章 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
[主要內(nèi)容]
    （1）傳感器的定義、組成及分類(lèi)；
  （2）主要傳感器的工作原理。
  （3）傳感器的主要技術(shù)性能指標(biāo)和傳感器的選用原則。                 
[要求]
  （1）基本掌握傳感器的基本工作原理和組成；
 （2）熟練掌握氣體檢測(cè)傳感器的工作原理和傳感器主要技術(shù)性能指標(biāo)，明確傳感器的選用原則。
2.1 傳感器概述
2.1.1 傳感器的定義
1）廣義定義：傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。
2）國(guó)際電工委員會(huì)定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。
   傳感器系統(tǒng)的原理框圖于圖2-1所示，進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線(xiàn)性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。
圖2-1 傳感器系統(tǒng)的原理框圖

3）傳感器的基本要求
（1）高靈敏度：抗干擾的穩(wěn)定性(對(duì)噪聲不敏感)；
（2）線(xiàn)性：容易調(diào)節(jié)(校準(zhǔn)簡(jiǎn)易)
（3）高精度：高可靠性；
（4）無(wú)遲滯性：工作壽命長(zhǎng)(耐用性)；
（5）可重復(fù)性：抗老化；
（6）高響應(yīng)速率：抗環(huán)境影響(熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力；
（7）選擇性：安全性(傳感器應(yīng)是無(wú)污染的)；
（8）互換性：低成本；
（9）寬測(cè)量范圍：小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度。

2.1.2 傳感器的組成
（1）敏感元件(預(yù)變換器) 直接感受被測(cè)量(一般為非電量)并將其轉(zhuǎn)換為與被測(cè)量有確定關(guān)系的易變成電量(包括電量)的其它量的元件。
（2）轉(zhuǎn)換元件(變換器) 它能將物理量直接轉(zhuǎn)換為有確定關(guān)系的電量的元件。
（3）測(cè)量電路(變換電路) 把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)變?yōu)楸阌谔幚?、顯示、記錄、控制的可用電信號(hào)的電路。
（4）輔助電源 供給轉(zhuǎn)換能量。
 
 
 
非電量
 
 
敏感元件
 
測(cè)量電路
 
輔助電源
 
電量
 
圖2-3 傳感器的組成框圖
 
轉(zhuǎn)換元件
 
圖2-4 按傳感器工作原理的分類(lèi)
2.1.3 傳感器的分類(lèi)
1）根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi)，其分類(lèi)示于圖2-4。
2）按照其用途，傳感器可分為：
（1）壓力敏和力敏傳感器；（2）位置傳感器；
（3）液面?zhèn)鞲衅鳎?       （4）能耗傳感器；
（5）速度傳感器；        （6）熱敏傳感器；
（7）加速度傳感器；      （8）射線(xiàn)輻射傳感器；
（9）振動(dòng)傳感器；        （10）濕敏傳感器；
（11）磁敏傳感器；       （12）氣敏傳感器；
（13）真空度傳感器；     （14）生物傳感器等。
3）以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：
（1）模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。
（2）數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。
（3）膺數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。
（4）開(kāi)關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。

4）從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類(lèi)：
（1）按照其所用材料的類(lèi)別分：金屬、聚合物、陶瓷、混合物；
（2）按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料；
（3）按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)尉?、多晶、非晶材料?
5）按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為：
（1）集成傳感器：是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。
（2）薄膜傳感器：則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。
（3）厚膜傳感器：是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。
（4）陶瓷傳感器：采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。
    
  電阻應(yīng)變式傳感器是一種由電阻應(yīng)變片(計(jì))和彈性敏感元件組合起來(lái)的傳感器。
  主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定可靠；
（2）易于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙測(cè)；
（3）靈敏度高，測(cè)量速度快，適合靜態(tài)動(dòng)態(tài)測(cè)量；
（4）可以測(cè)量多種物理量。
2.2 電阻應(yīng)變式傳感器
2.2.1 電阻應(yīng)變式傳感器的理論基礎(chǔ)
1）金屬導(dǎo)體的電阻定律
    金屬導(dǎo)體的電阻值與其導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度l成正比而與導(dǎo)線(xiàn)截面積S成反比，即:          
2）金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)
    金屬材料的電阻率的相對(duì)變化與其體積的相對(duì)變化成正比，即:                
 式中，c為由一定材料和加工方式?jīng)Q定的常數(shù)。
3）材料的泊松比定律
    在彈性限度內(nèi)金屬絲沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)時(shí)，徑向尺寸縮小，反之亦然。即軸向應(yīng)變?chǔ)舤 與徑向應(yīng)變?chǔ)舝有下面的關(guān)系成立εr=-μεt 
4）半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)
    對(duì)于半導(dǎo)體材料施加應(yīng)力(外力)時(shí)，除了產(chǎn)生變形外，材料的電阻率也隨著變化。這種由于應(yīng)力的作用而使材料的電阻率改變的現(xiàn)象稱(chēng)為“壓阻效應(yīng)”，有下式關(guān)系成立 
2.2.2電阻應(yīng)變式傳感器的數(shù)學(xué)模型
    設(shè)有一長(zhǎng)為l0的、截面積為S、電阻率為ρ的導(dǎo)電金屬絲，它具有的電阻
    當(dāng)它受到軸向力被拉伸(或壓縮)時(shí)，其l、S和ρ均將發(fā)生變化，因而導(dǎo)體的電阻也隨之發(fā)生變化。利用數(shù)學(xué)求導(dǎo)的方法可求得電阻的相對(duì)變化量。將上式兩邊取對(duì)數(shù)，再對(duì)兩邊取微分得                式中，   為電阻的相對(duì)變化；         為材料的軸向線(xiàn)應(yīng)變。
    又由式由線(xiàn)應(yīng)變定義(徑向應(yīng)變)和面積公式求導(dǎo)并代入得                         式中μ為泊松比。
 
 
2.2.3 電阻應(yīng)變式傳感器的主要應(yīng)用 
(1)將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，直接用來(lái)測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變和應(yīng)力。 
(2)將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。這種傳感器常用來(lái)測(cè)量力、位移、加速度等物理參數(shù)。在這種情況下，彈性元件將得到與被測(cè)量成正比的應(yīng)變，再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為電阻變化的輸出。

2.3.1 電容式傳感器的理論基礎(chǔ)
    電容式傳感器是以靜電場(chǎng)有關(guān)定律為其理論基礎(chǔ):
1）兩塊無(wú)窮大的平行導(dǎo)電板(面電荷密度分別為+σ和-σ)的電場(chǎng)強(qiáng)度定律為:
    極間電場(chǎng)強(qiáng)度為               
    板外電場(chǎng)強(qiáng)度為     E=0
   電場(chǎng)方向：垂直于導(dǎo)電板由正電荷指向負(fù)電荷。
2）電場(chǎng)強(qiáng)度與電位的關(guān)系定律
對(duì)均強(qiáng)電場(chǎng)：             對(duì)非均強(qiáng)電場(chǎng)：               
3）電場(chǎng)能量定律 
2.3 電容式傳感器
 
 
2.3.2 電容式傳感器的數(shù)學(xué)模型
1）平行板電容器式傳感器的數(shù)學(xué)模型 
假設(shè)：它們的表面積均為S；內(nèi)表面間距離為δ；極板面的線(xiàn)長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于它們這間的距離，此時(shí)相當(dāng)于極板為無(wú)窮大，所以除了邊緣外，兩極板內(nèi)表面帶電均勻，極板間電場(chǎng)也是均勻的；兩極板A、B的帶電量分別為q。則:
2）圓柱形電容式傳感器的數(shù)學(xué)模型
（1）同軸圓柱形電容式傳感器的數(shù)學(xué)模型
 設(shè)A、B為兩個(gè)同軸圓柱形導(dǎo)體，A導(dǎo)體的半徑為r ,B導(dǎo)體的半徑為R，且R>r，L為導(dǎo)體的長(zhǎng)度，則

（2）變介質(zhì)式圓柱形電容傳感器的數(shù)學(xué)模型
  C=a+ s1x       
由上式可知，輸出電容與液面高度變化x成線(xiàn)性關(guān)系
2.3.3 電容式傳感器的測(cè)量電路
  將電容量轉(zhuǎn)換成電量 (電壓或電流)的電路稱(chēng)作電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路。
  1）電橋電路 
  下圖所示為電容式傳感器的電橋測(cè)量電路。通常采用電阻、電容或電感、電容組成交流電橋，該圖所示為一種電感、電容組成的電橋。由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出，經(jīng)放大、相敏檢波、濾波后，再推動(dòng)顯示、記錄儀器。
   2）諧振電路
   下圖所示為諧振式電路的原理框圖，電容傳感器的電容C3作為諧振回路(L2、C2、C3)調(diào)諧電容的一部分。諧振回路通過(guò)電感藕合，從穩(wěn)定的高頻振蕩器取得振蕩電壓。當(dāng)傳感器電容發(fā)生變化時(shí)，使得諧振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，而這個(gè)變化被轉(zhuǎn)換為電壓或電流，再經(jīng)過(guò)放大、檢波即可得到相應(yīng)的輸出。

說(shuō)明：
為了獲得較好的線(xiàn)性關(guān)系，一般諧振電路的工作點(diǎn)選在諧振曲線(xiàn)的線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，最大振幅70%附近的地方，且工作范圍選在BC段內(nèi)。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是比較靈活;其缺點(diǎn)是工作點(diǎn)不易選好，變化范圍也較窄，傳感器連接電纜的雜散電容對(duì)電路的影響較大，同時(shí)為了提高測(cè)量精度，要求振蕩器的頻率具有很高的穩(wěn)定性。
3）運(yùn)算放大器電路
  采用比例運(yùn)算放大器電路，可以使輸出電壓約與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性關(guān)系。如下圖所示，反饋回路中的Cx為極距變化型電容式傳感器的輸入電路，采用固定電容C0，u0為穩(wěn)定的工作電壓。由于放大器的高輸入阻抗和高增益特性，比例器的運(yùn)算關(guān)系為：

由上式可知，輸出電壓與電容傳感器的間隙成線(xiàn)性關(guān)系。
 2.4 氣體檢測(cè)傳感器

可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器多采用基于熱化學(xué)反應(yīng)的接觸燃燒原理。其構(gòu)成原理如下圖所示。

元件C、D為傳感元件，其中是C補(bǔ)償元件，D為接觸燃燒元件。
2.4.1 氣體傳感器
氣體傳感器能直接接受被測(cè)參數(shù)的有關(guān)數(shù)據(jù)(信息)，并
能將所接受的物理量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)變成同種或別種
物理信息。
為保證氣體檢測(cè)儀檢測(cè)的精度，氣體傳感器必須滿(mǎn)足下
列條件：
（1）能夠檢測(cè)可燃?xì)怏w的允許濃度和其它基準(zhǔn)設(shè)定濃度，并能及時(shí)給出報(bào)警、顯示和控制信號(hào)；
（2）對(duì)被測(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感；
（3）響應(yīng)迅速，重復(fù)性好；
（4）維護(hù)方便，價(jià)格便宜等。
1）催化型可燃?xì)怏w傳感器 
催化型可燃?xì)怏w傳感器的主要特性如下：
（1）它是一種通用的傳感器，適用于大多數(shù)檢測(cè)烴氣體的便攜式儀器和連續(xù)穩(wěn)態(tài)儀器。
（2）壽命1～2年。
（3）有些化學(xué)品會(huì)使催化劑中毒，致使傳感器無(wú)響應(yīng)。例如，曝露于硅的化合物、硫的化合物和氯等化學(xué)品時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情況。
（4）最常用于檢測(cè)甲烷。為檢測(cè)和精確測(cè)量其它氣體必須進(jìn)行系數(shù)校正。
（5）不同廠商的產(chǎn)品質(zhì)量是不一致的。
2）固態(tài)傳感器
固體傳感器的重要特性如下：
（1）它是所有通用傳感器中檢測(cè)范圍最寬的，能檢測(cè)低到PPm量級(jí)或易燃范圍的各種氣體，而且通過(guò)改變金屬氧化物材料、加工技術(shù)和工作溫度，可以獲得不同的響應(yīng)特性。因此，它能在很寬的范圍檢測(cè)數(shù)百種氣體。
（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使其可靠壽命達(dá)10～25年。具有魯棒性，耐沖擊和振動(dòng)，并有防爆結(jié)構(gòu)。
（3）其選擇性有限，并對(duì)可能造成誤觸發(fā)報(bào)警的干擾和背景氣體敏感。
3）紅外氣體傳感器
紅外傳感器的主要特性如下：
（1）它不與被測(cè)氣體相接觸。光學(xué)器件保護(hù)傳感器的主要元件不受氣體本身影響，因此這種傳感器能在高濃度場(chǎng)合可長(zhǎng)期有效使用。
（2）由于無(wú)需曝露于氣體，所以沒(méi)有傳感器中毒、燒壞或疲勞問(wèn)題，容易實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足防爆要求的結(jié)構(gòu)。
（3）元件故障造成的信號(hào)丟失將關(guān)閉報(bào)警。但只要保持零氣體讀數(shù)校準(zhǔn)，則傳感器就有良好的響應(yīng)和測(cè)量準(zhǔn)確度。
（4）它是高濃度可燃碳?xì)浠衔餁怏w的理想傳感器，也是極有效的監(jiān)測(cè)器。
2.4.2 氣體傳感器的分類(lèi)
1）按原理分類(lèi) 
（1）利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。
（2）利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。
（3）利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。
2.按結(jié)構(gòu)分類(lèi) 氣體傳感器從結(jié)構(gòu)上可區(qū)分為干式和濕式兩大類(lèi)。凡構(gòu)成氣體傳感器的材料為固體者均稱(chēng)為干式氣體傳感器；凡利用水溶液或電解液感知待測(cè)氣體濃度的稱(chēng)為濕式氣體傳感器。圖2-9為氣體傳感器的分類(lèi)情況：

圖2-9 氣體傳感器的分類(lèi)
2.5.1 靜態(tài)特性的性能指標(biāo)
1）精確度、精密度和準(zhǔn)確度
精確度的含義是：傳感器反映的信號(hào)值與被測(cè)物理量真值
(約定)的一致程度。
精密度指的是在一定條件下進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，在測(cè)量結(jié)果
比較集中和儀器分辨率較高的條件下，隨機(jī)誤差的大小。
準(zhǔn)確度是指在規(guī)定條件下，測(cè)量結(jié)果的正確程度。
 
 
2.5 傳感器主要技術(shù)性能指標(biāo)
2）測(cè)量范圍與量程 
測(cè)量范圍指被測(cè)物理量可以按規(guī)定的精確度進(jìn)行測(cè)量的范圍。
量程是指測(cè)量范圍的上限值與下限值的代數(shù)差。即： 
3）線(xiàn)性度誤差度
理想情況下，傳感器的輸入和輸出是線(xiàn)性關(guān)系，其圖形是
一條理想直線(xiàn)。而實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性則是按下面的
多項(xiàng)式規(guī)律變化的：

由上式可知，輸出量的變化除按線(xiàn)項(xiàng)外，還有多項(xiàng)高次分
量的影響，所以，輸入—輸出特性應(yīng)是一條變化程度不同
的曲線(xiàn)(稱(chēng)校準(zhǔn)曲線(xiàn))。
                     
線(xiàn)性度誤差就是指校準(zhǔn)曲線(xiàn)與規(guī)定直線(xiàn)的最大偏差，通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。這個(gè)百分?jǐn)?shù)就是表示輸入——輸出特性的非線(xiàn)性度，或稱(chēng)線(xiàn)性度誤差(見(jiàn)下圖)。
從圖中可知，最大偏差為         ，通常用量程的百分?jǐn)?shù)表示，即：
4）靈敏度
靈敏度反映傳感器對(duì)被測(cè)物理量的變化程度。靈敏度用輸
出變化值    除以輸入變化值    ，即：

可見(jiàn)，線(xiàn)性系統(tǒng)的靈敏度就是特性曲線(xiàn)的斜率，且靈敏度
為一常數(shù)。非線(xiàn)性系統(tǒng)，其靈敏度是特性曲線(xiàn)某點(diǎn)處的切
線(xiàn)斜率，隨輸入量的變化而變化。
靈敏度可用百分?jǐn)?shù)或絕對(duì)值表示，一定用途的傳感器要限
定其范圍。
5）回差
      回差也稱(chēng)變差。在測(cè)量全范圍內(nèi)，同一個(gè)輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的上、下行程輸出之間的最大差值稱(chēng)回差。

回差包括滯后誤差和死區(qū)，回差以輸出量程的百分?jǐn)?shù)表示：

式中    測(cè)量全范圍內(nèi)，上、下行程輸出的最大差值。
（1）死區(qū)
輸入變量變化時(shí)，輸出變量幾乎毫無(wú)變化的有限區(qū)間，
稱(chēng)死區(qū)。見(jiàn)圖2-12。死區(qū)用輸入量程的百分?jǐn)?shù)表示：

圖2-12 死區(qū)
（2）滯后誤差
在全范圍內(nèi)的被測(cè)值上、下行程均得校準(zhǔn)曲線(xiàn)，兩曲線(xiàn)
間的最大偏差       ，減去死區(qū)值后的輸出增量為
稱(chēng)之為滯后誤差。其曲線(xiàn)如圖2-13所示。滯后誤差同樣用
百分?jǐn)?shù)表示為：

圖2-13 滯后誤差
6）分辨率：儀器能夠檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)的最小增量，稱(chēng)為
該儀器的分辨率。如：某一溫度傳感器的量程是-50℃～
99.9℃，其分辨率應(yīng)是0.1℃。
7）閾值：能引起傳感器(儀器)輸出的被測(cè)物理量最小變
化值，稱(chēng)作傳感器的閾值。
8）重復(fù)性：在同一工作條件下，傳感器對(duì)同一輸入，并
按同一方向連續(xù)多次檢測(cè)時(shí)，其輸出值相互間的一致程
度，稱(chēng)傳感器的重復(fù)性。有時(shí)用重復(fù)誤差來(lái)表示重復(fù)性。
9）過(guò)載：在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的前提下，允許傳感器超過(guò)測(cè)量范圍的能力，稱(chēng)過(guò)載。過(guò)載能力可用下式表示：

10）飄移：傳感器輸入—輸出特性，隨某一外界因素的影響而出現(xiàn)緩慢變化的現(xiàn)象，稱(chēng)飄移。對(duì)于采用電橋電路的傳感器，零點(diǎn)飄移是儀器主要性能指標(biāo)之一。
靜態(tài)特性是從靜態(tài)角度考察傳感器測(cè)量精度的指標(biāo)，為了獲取準(zhǔn)確的輸出信號(hào)，要求傳感器應(yīng)具備靜態(tài)響應(yīng)良好的綜合性能。為此，就應(yīng)盡量獲取合適的測(cè)量范圍和量程，具備足夠的靈敏度、分辯力和重復(fù)性，以及盡量小的閾值、線(xiàn)性度誤差、回差和飄移。
2.5.2 動(dòng)態(tài)特性
   傳感器動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨著時(shí)間變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)性能，一般用響應(yīng)時(shí)間來(lái)表示。
因?yàn)楸粶y(cè)參數(shù)在輸入—輸出過(guò)程中，存在一定的運(yùn)動(dòng)慣性
和能量傳遞時(shí)間，必然引起輸入與輸出之間出現(xiàn)一定的差
值。這一誤差稱(chēng)作動(dòng)態(tài)誤差。
衡量動(dòng)態(tài)誤差(響應(yīng)時(shí)間)，常用時(shí)間常數(shù)T和傳遞滯后時(shí)間  (又稱(chēng)時(shí)滯或死區(qū))表示：
（1）時(shí)間常數(shù)T 值越大，響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)誤差存在的時(shí)間也越長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)誤差的數(shù)值也越大，反之，誤差數(shù)值就小T值越小越好。
（2）傳遞滯后時(shí)間(時(shí)滯) 從輸入信號(hào)產(chǎn)生變化的瞬間開(kāi)始到所引起的輸出量變化瞬間為止，這段時(shí)間間隔叫時(shí)滯。在時(shí)滯階段，動(dòng)態(tài)誤差最大，并一直持續(xù)到時(shí)滯結(jié)束，所以，我們希望時(shí)滯越小越好。

1）合理選擇結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù) 
決定傳感器性能的技術(shù)指標(biāo)很多，因此根據(jù)實(shí)際的需要與
可能，在確保主要指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，放寬對(duì)次要指標(biāo)的
要求，以求得高的性能價(jià)格比。在設(shè)計(jì)、制造傳感器時(shí)合
理選擇結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)是保證具有良好性能價(jià)格比的前
提。
由于傳感器種類(lèi)繁多，國(guó)內(nèi)外采用羅列若干基本參數(shù)和比
較重要的環(huán)境參數(shù)的方法來(lái)作為檢驗(yàn)、使用和評(píng)價(jià)傳感器
的依據(jù)。
基本參數(shù)指標(biāo)、環(huán)境參數(shù)指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、其它指標(biāo)量
程指標(biāo)
2）采用線(xiàn)性化技術(shù) 
要求傳感器具有線(xiàn)性輸出特性的優(yōu)越性在于：
（1）可簡(jiǎn)化理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算；
（2）便于標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理；
（3）便于刻度、制作、安裝調(diào)試，并能提高精度水平；
（4）可不用非線(xiàn)性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。只有當(dāng)傳感器的輸入與輸出具有線(xiàn)性關(guān)系時(shí)，才能保證無(wú)失真的復(fù)現(xiàn)。但實(shí)際上傳感器的線(xiàn)性特性很難做到。所以，人們要通過(guò)各種方法來(lái)完成輸入－輸出特性的線(xiàn)性化，以改善傳感器的性能。
3）平均技術(shù)   
    通用的平均技術(shù)有誤差平均處理和數(shù)據(jù)平均處理。
（1）誤差平均處理
    是利用n個(gè)傳感器單元同時(shí)感受被測(cè)量，因而其輸出是這些單元輸出的總和，假如將每一個(gè)單元可能帶來(lái)的誤差δ0均視為隨機(jī)誤差，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小為           。
     誤差平均對(duì)由于工藝缺陷造成的隨機(jī)誤差有較好的彌補(bǔ)作用。
（2）數(shù)據(jù)平均處理
    在相同條件下和測(cè)量重復(fù)n次或進(jìn)行n 次采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，隨機(jī)誤差也將按上式減小   倍。對(duì)于帶有微機(jī)芯片的智能化傳感器尤為方便。
4）采用補(bǔ)償與校正技術(shù)
    有時(shí)傳感器的誤差規(guī)律過(guò)于復(fù)雜，采用一定的技術(shù)措施后仍難以滿(mǎn)足要求，或雖然可以滿(mǎn)足要求，但因價(jià)格昂貴或技術(shù)過(guò)分復(fù)雜而無(wú)現(xiàn)實(shí)意義。這時(shí)可以找出誤差的方向和數(shù)值，采用修正的方法加以補(bǔ)償和校正。
5）采用屏蔽、隔離與抑制干擾措施 
    傳感器可以視為一個(gè)復(fù)雜的輸入系統(tǒng)，除能敏感有用信號(hào)外，還能敏感外界其它無(wú)用信號(hào)，即干擾信號(hào)而造成誤差。消除或削弱干擾有方法可以從以下兩個(gè)方面著手：
    （1）減小傳感器對(duì)干擾的靈敏度；
    （2）降低外界干擾對(duì)傳感器作用的實(shí)際功率。
2.6 傳感器的選用原則
2.6.1 靈敏度
1) 要求傳感器本身的噪聲小，而且不易從外界引進(jìn)干擾噪聲。
2)與靈敏度緊密相關(guān)的是量程范圍。當(dāng)傳感器的線(xiàn)性工作范圍一定時(shí)，傳感器的靈敏度越高，干擾噪聲越大，則難以保證傳感器的輸入在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)工作。
3)當(dāng)被測(cè)量是一個(gè)向量時(shí)，并且是一個(gè)單向量時(shí)，就要求傳感器單向靈敏度愈高愈好，而橫向靈敏度愈小愈好;如果被測(cè)量是二維或三維的向量，那么還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度愈小愈好。
2.6.2 響應(yīng)特性
    傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。
2.6.3 線(xiàn)性范圍
    任何傳感器都有一定的線(xiàn)性工作范圍。在線(xiàn)性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線(xiàn)性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。
2.6.4 穩(wěn)定性
    穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。
    影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。
    為了保證穩(wěn)定性，在選擇傳感器時(shí)，一般應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題。
    1）根據(jù)環(huán)境條件選擇傳感器。
    2）要?jiǎng)?chuàng)造或保持一個(gè)良好的環(huán)境，在要求傳感器長(zhǎng)期地工作而不需經(jīng)常地更換或校準(zhǔn)的情況下，應(yīng)對(duì)傳感器的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。
2.6.5 精確度
1）傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。
2）在實(shí)際中也并非要求傳感器的精確度愈高愈好，這還需要考慮到測(cè)量目的，同時(shí)還需要考慮到經(jīng)濟(jì)性。
3）在選擇時(shí)，應(yīng)了解測(cè)試目的，判斷是定性分析還是定量分析。如果是相對(duì)比較性的試驗(yàn)研究，只需獲得相對(duì)比較值即可，那么應(yīng)要求傳感器的重復(fù)精度高，而不要求測(cè)試的絕對(duì)量值準(zhǔn)確。如果是定量分析，那么必須獲得精確量值。
2.6.6 測(cè)量方式
1）傳感器在實(shí)際條件下的工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。
2）在機(jī)械系統(tǒng)中，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的被測(cè)參數(shù)(例如回轉(zhuǎn)軸的誤差、振動(dòng)、扭力矩)，往往采用非接觸測(cè)量方式。因?yàn)閷?duì)運(yùn)動(dòng)部件采用接觸測(cè)量時(shí)，有許多實(shí)際困難，諸如測(cè)量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動(dòng)、信號(hào)的采集等問(wèn)題，都不易妥善解決，容易造成測(cè)量誤差。這種情況下采用電容式、渦流式、光電式等非接觸式傳感器很方便，若選用電阻應(yīng)變片，則需配以遙測(cè)應(yīng)變儀。
3）在某些條件下，可以運(yùn)用試件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這時(shí)可進(jìn)行破壞性檢驗(yàn)。然而有時(shí)無(wú)法用試件模擬，因被測(cè)對(duì)象本身就是產(chǎn)品或構(gòu)件，這時(shí)宜采用非破壞性檢驗(yàn)方法。
4）在線(xiàn)測(cè)試是與實(shí)際情況保持一致的測(cè)試方法。特別是對(duì)自動(dòng)化過(guò)程的控制與檢測(cè)系統(tǒng)，往往要求信號(hào)真實(shí)與可靠，必須在現(xiàn)場(chǎng)條件下才能達(dá)到檢測(cè)要求。實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)是比較困難的，對(duì)傳感器與測(cè)試系統(tǒng)都有一定的特殊要求。
5）盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小。重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等條件。

網(wǎng)友評(píng)論 more

其他最新內(nèi)容

04-18