电子地磅传感器选用原则

    选择传感器所应考虑的项目各种各样，但未 必要满足所有项目要求。应根据传感器实际使用 目的、指标、环境条件和成本，从不同的侧重点， 优先考虑几个重要的条件即可。选择的标准主要 考虑以下因素：传感器的性能、传感器的可用性、 能量消耗、成本、环境条件及购置有关的项目等。

    （一）测量方式选择

    传感器在实际条件下的工作方式，是选择传 感器时应该考虑的重要因素。例如，接触与非接 触测量、破坏与非破坏测量、在线与非在线测量 等，条件不同，对测量方式的要求也不同。在机 械系统中，对运动部件的被测参数，往往采用非 接触测量方式。因为对运动部件采用接触测量时， 有许多实际困难，诸如测量头的磨损、接触状态 的变动、信号的采集等问题，都不易妥善解决， 容易造成测量误差。这种情况下采用电容式、涡 流式、光电式等非接触式传感器很方便，若选用 电阻应变片，则需配以遥测应变仪。在某些条件 下，可以运用试件进行模拟实验，这时可进行破 坏性检验。然而有时无法用试件模拟，因被测对象本身就是产品或构建，这时宜采用非破坏性检 验方法。例如，涡流探伤、超声波探伤检测等。 非破坏性检验可以直接获得经济效益，因此应尽 可能选用非破坏性检测方法。

    在线测试是与实际情况保持一致的测试方法。 特别是对自动化过程的控制与检测系统，往往要 求信号真实与可靠，必须在现场条件下才能达到 检测要求。实现在线检测比较困难，对传感器与 测试系统都有一定的特殊要求。例如，在加工过 程中，实现表面粗糙度的检测，以往的光切法、 干涉法、接触法等都无法运用，取而代之的是激 光、光纤或图像检测法。研制在线检测的新型传 感器，也是当前测试技术发展的一个方面。

    （二）传感器性能指标选择

    在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型 的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 主要性能指标包括传感器灵敏度、响应特性、线 性范围、稳定性及精确度等。

    （1）灵敏度

    一般来说，传感器灵敏度越高越好。因为灵 敏度越高，就意味着传感器所能感知的变化量小， 即只要被测量有一微小变化，传感器就有较大输 出。但是，在确定灵敏度时，要考虑以下几点。

    1）当传感器的灵敏度很高时，那些与被测信 号无关的外界噪声也会同时被检测到，并通过传 感器输出，从而干扰被测信号。因此，为了既能 使传感器检测到有用的微小信号，又能使噪声干 扰小，就要求传感器的信躁比越大越好，也就是 说，要求传感器本身的噪声小，而且不易从外界 引进干扰噪声。

    2）与灵敏度紧密相关的是量程范围。当传感 器的线性工作范围一定时，传感器的灵敏度越高， 干扰噪声越大，则难以保证传感器的输入在线性 区域内工作。简而言之，过高的灵敏度会影响其 适用的测量范围。

    3）当被测量是一个向量，并且是_个单向量 时，就要求传感器单向灵敏度越高越好，而横向 灵敏度越小越好，如果被测量是二维或三维的向 量，那么还应要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

    （2）响应特性

    传感器的响应特性是指在所测频率范围内， 保证不失真的测量条件。此外，实际上传感器的 响应总不可避免地有一定延迟，只是希望延迟的 时间越短越好。一般物性型传感器如利用光电 效应、压电效应等传感韩响应时间短，工作频 率宽；而结构型传感器，如电感、电容、磁电等 传感器，由于受到结构特性的影响和机械系统惯 性质量的限制，其固有频率低，工作频率范围窄。

    （3）线性范围

    任何传感器都有一定的线性工作范围。在线 性范围内输出与输入成正比例关系，线性范围愈 宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作 在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。例 如，机械式传感器中的测力弹性元件，其材料的 弹性极限是决定测力量程的基本因素，当超出测 力元件允许的弹性范围时，将产生非线性误差。

    然而，对任何传感器，保证其绝对工作在线 性区域内是不容易的。在某些情况下，在许可限 度内，也可以取其近似线性区域。例如，变间隙 型的电容、电感式传感器，其工作区均选在初始 间隙附近，而且必须考虑被测量变化范围，令其 非线性误差在允许限度以内。

    （4）稳定性

    稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其 输出特性不发生变化的性能。 影响传感器稳定性 的因素是时间与环境。

    为了保证稳定性，在选择传感器时，一般应 注意两个问题。其根据环境条件选择传感器。 例如，选择电阻应变式传感器时，应考虑到湿度 会影响其绝缘性，湿度会产生零漂，长期使用会 产生蠕变现象等。又如，对变极距型电容式传感 器，因环境湿度的影响或油剂浸入间隙时，会改 变电容器的介质。光电传感器的感光表面有尘埃 或水汽时，会改变感光性质。其二，要创造或保 持一个良好的环境，在要求传感器长期工作而不 需经常更换或校准的情况下，应对传感器的稳定 性有严格的要求。

    （5）精确度

    传感器的精确度是表示传感器的输出与被测 量的对应程度。如前所述，传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反应被测量， 对整个测试系统具有直接的影响。然而，在实际 中也并非要求传感器的精确度愈高愈好，这还需 要考虑到测量目的，同时还需要考虑到经济性。 因为传感器的精度越高，其价格就越昂贵，所以 应从实际出发来选择传感器。在选择时首先应了 解测试目的，判断是定性分析还是定量分析。如 果是相对比较性的实验研究，只需获得相对比较 值即可，那么应要求传感器的重复精度高，而不 要求测试的绝对量值准确。但在某些情况下，要 求传感器的精确度愈高愈好。例如，对现代超精 密切削机床，测量其运动部件的定位精度，主轴 的回转运动误差、振动及热形变等时，往往要求 他们的测量精确度在0.1m~0.01m范围内，欲测得 这样的精确量值，必须有高精确度的传感器。

    （6）互换性

    互换性是指传感器性能的一致性。值得指出 的是，大多数传感器的性能一致性不理想，在修 理或调换时要特别注意。

    传感器使用一段时间后，会出现所谓的老化 现象，性能有所变化；或者即便无输入信号或输 入信号不变，传感器的输出也会有某些变化，这 都影响传感器的可靠性、稳定性；故要定期对其 进行检验。

    除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因 素外，还应尽可能兼顾结构简单、体积小、重量 轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。