第十二章传感器的选择与使用资料.ppt

第12章　传感器的选择与使用 12.1　传感器的正确选择　　由于传感器的研制和发展非常快，各种各样的传感器应运而生，因此对传感器的选择就变得更加灵活。对于同一种类的被测物理量，可以选用多种不同的传感器。为了选择最适合于测试目的的传感器，一般说来，应注意如下事项。　　1. 与测量条件有关的事项　　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　　与传感器有关的事项包括静态特性指标、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　　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、与其他设备的连接及距离、所需功率容量等。　　4. 与购买和维护有关的事项　　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、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；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其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。例如，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，否定了热电偶及其他电阻丝传感器，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0.03～0.1 mm，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，铂电阻传感器能够满足用户要求。 12.2　传感器的合理使用12.2.1　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。一般地，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，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，它可以算是最完善的特性，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，还有其他各种特性(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。 图12.1　实际传感器的几种典型输入-输出特性曲线 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。该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： 　，为温度的电压当量，在常温下(300 K)，UT≈26 mV；R3可选合适的热敏电阻，以补偿UT的温度系数。图12.2中，C1、C2用来进行相位补偿。若E=10 V，R1=10 kW, R2=100 kW，R4=15 kW，R3=1 kW， 　，则 　Uo=－0.416 lnU11=－0.416x传感器的输入与经过变换后的输出变成了线性的关系。 图12.