第05章-常用传感器信号测量汇总.pdfVIP

常用传感器信号测量汇总 关键词：传感器；特性；传感器；SCC 调理模块；SCXI 调理模块；cDAQ 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如 光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。人 的五官就是天然的传感器，具有视、听、嗅、味、触觉，大脑就是通过五官来感知外 界的信息 （图1）。 图 1 人与机器的对应关系 工程科学与技术领域的传感器既是对人体五官的工程模拟物，是能将特定的被测 量信息（包括物理量、生物量、生物量）按一定的规律转换成某种可用信号输出的器 件或装置。可用信号既是便于处理和传输的信号，目前由于电信号最符合这一要求， 传感器也可狭义定义为把外界非电信息转换成电信号输出的器件 （图2）。 图 2 各类传感器 传感器的构成 传感器的具体构成根据被测对象、转换原理，使用环境和性能要求的情况有很大 差异。 自源型是仅含有转换元件的传感器构成形式，它不需要外能源，可直接从外部被 测对象吸收能量转换为电效应，但输出的能量较弱。常见的有热电偶、压电器件等。 带激励源型是在转换器件外加了辅助能源的构成形式，辅助能源起到激励的作 用，可以是电源或磁源，这样不需要变换电路也有较大电量输出。常见的有霍尔传感 器等。 外源型是由利用被测量实现阻抗变换的转换元件构成，必须通过带外电源的变换 电路才能获得电量输出。常见的有电桥等。 相同传感器补偿型 （图3-a）是使用两个完全相同的转换元件置于同样环境下的 构成形式。实际使用其中一个元件进行工作，另一个用于抵消其受到的环境干扰影响。 常见的有应变式，固态压阻式传感器等。 差动结构补偿型 （图3-b ）和相同传感器补偿型类似，但其两个转换元件都进行 工作，除了可以抵消环境干扰，还使有用的输出值增加。 不同传感器补偿型 （图3-c）是两个原理和性质不同的转换元件置于同样环境下 的构成形式，也是通过一个转换元件给工作的转换元件提供补偿。常见的有热敏电阻 的温度补偿，加速度的干扰补偿等。 (a)相同传感器补偿型 (b) 差动结构补偿型 (c) 不同传感器补偿型 图 3 补偿结构型 目前随着计算机技术的发展，传感器和微处理器结合在一起，形成了智能化传感 器的概念，这种构成具有了信息处理的功能，前景十分广阔。 传感器的分类 传感器的种类繁多，分类方式多种多样。对于被测量，可以用不同的传感器来测 量；而对于同一原理的传感器，通常又可以测量多种非电量。 具体分类可按转换的基本效应、构成原理等分多种，其中又以按照工作原理分类 最为详细 （表1）。 表 1 传感器类型分类 传感器的基本要求 无论何种传感器，作为直接面对测试对象的先锋，必须能够快速、准确、可靠而又经济 地实现信息转换的基本要求。 传感器的工作范围和量程需要足够大，可以满足相应测试的极端要求，需要具备一定的 过载能力；必须有能满足要求的灵敏度和精度，要求转换后输出的信号和被测量的输入信号 成确定的关系，且比值要大。传感器还需要具备快速的响应能力，稳定可靠的工作能力，较 长的寿命和较低的成本，同时维修，校准方便。根据特定的现场应用，有时对传感器的体积 和重量都有严格要求，且希望其内部噪声小不易受到外部干扰。最后是传感器输出的信号最 好采取通用的标准形式，以便于和外部系统对接。 可见选择一款合适的传感器并不轻松，需要根据需求全面综合地考虑，不可马虎。 传感器重要指标介绍 传感器在检测静态量时的静态特性和检测动态量时的动态特性通常可以分开考虑。对于 输入信号的，传感器的数学模型也通常有静态和动态之分。 静态特性 静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时，输入和输出的关系，主要要 考虑线性度和随机变化等因素。 线性度： 线性度又称非线性，是表征传感器输出-输入校准曲线与选定的拟合直线之间的吻合程 度的指标。通常用相对误差来表示线性度或非线性误差，有： （公式1） 表示输出平均值