传感器选型原则：如何合理选择传感器

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。因此，应要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中，选择较为便宜和简单的传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。表1-2温度传感器的选择

根据环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种更为合适，需要根据被测量的特点和传感器的使用条件具体考虑。例如：量程的大小；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；信号的引出方法，是有线还是非接触测量；传感器的来源，是国产还是进口，价格能否承受，是否自行研制等。

综合考虑上述问题之后，确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

1.灵敏度的选择

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也更容易混入，还会被放大系统放大，影响测量精度。因此，应要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。

传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高时，应选择其他方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

2.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，必须在允许频率范围内保持不失真。实际上，传感器的响应总有一定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应越高，可测的信号频率范围就越宽。

在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、瞬态、随机等）确定响应特性，以免产生过大的误差。

3.线性范围

传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这样会给测量带来极大的方便。

4.稳定性

传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身的结构外，主要取决于传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，必须使其有较强的环境适应能力。

在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。

传感器的稳定性有定量指标，超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生了变化。

在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，对所选传感器稳定性的要求会更严格，要能够经受住长时间的考验。

5.精度

精度是传感器的一个重要的性能指标，它关系到整个测量系统的测量精度。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只需满足整个测量系统的精度要求即可，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中，选择较为便宜和简单的传感器。

如果测量目的是定性分析，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的传感器；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需要选用精度等级能满足要求的传感器。

对某些特殊使用场合，若无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

举例来说，在进行温度测量的时候，需要用到温度传感器，表1-2列出了3种不同的温度传感器和其适用的测量场合，可根据情况进行选择。

表1-2　温度传感器的选择

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传感器选型原则：如何合理选择传感器

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