安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控原理及儀表02

1、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； （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 2.1 傳感器概述傳感器概述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

2、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。圖圖2-1 2-1 傳感器系統(tǒng)的原理框圖傳感器系統(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

3、、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)楸阌谔幚怼@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。 非電量非電量 敏感元件敏感元件 測(cè)量電路測(cè)量電路 輔助電源輔助電源 電量電量 圖2-3 傳感器的

4、組成框圖 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 圖2-4 按傳感器工作原理的分類2.1.3 傳感器的分類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，其分類示于圖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

5、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：（1）按照其所用材料的類別分：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?）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

6、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)

7、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)線長(zhǎng)度l成正比而與導(dǎo)線截面積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)。S Sl lR R VdVcd3）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t 與徑向應(yīng)變r(jià)有下面的關(guān)系成立r=-t 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)

8、象稱為“壓阻效應(yīng)”，有下式關(guān)系成立 tEd2.2.2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； 為材料的軸向線應(yīng)變。 又由式由線應(yīng)變定義(徑向應(yīng)變)和面積公式求導(dǎo)并代入得 式中為泊松比。SlR0 SdSldldRdR0 RdR0ldldRdR)21 (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。

9、(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+和-)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=0E=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0EdUE dEdlE0 CQCUQUWe2212122 2.3.2

10、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；極板面的線長(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:SSCCrAB02）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Rr，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成線性關(guān)系RrLRrLUqCABln22ln002.3.3 電容式傳

11、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：

12、為了獲得較好的線性關(guān)系，一般諧振電路的工作點(diǎn)選在諧振曲線的線性區(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性關(guān)系。 2.4 2.4

13、 氣體檢測(cè)傳感器氣體檢測(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：

14、（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12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)1025年。具有魯棒性，

15、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1）按原理分類 （1）利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)

16、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 氣體傳感器從結(jié)構(gòu)上可區(qū)分為干式和濕式兩大類。凡構(gòu)成氣體傳感器的材料為固體者均稱為干式氣體傳感器；凡利用水溶液或電解液感知待測(cè)氣體濃度的稱為濕式氣體傳感器。圖2-9為氣體傳感器的分類情況： 圖圖2-9 2-9 氣體傳感器的分類氣體傳感器的分類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

17、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 2.5 傳感器主要技術(shù)性能指標(biāo)傳感器主要技術(shù)性能指標(biāo)minmaxYY量程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）線性度誤差度理想情況下，傳感器的輸入和輸出是線性關(guān)系，其圖形是一條理想直線。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

18、線(稱校準(zhǔn)曲線)。 nnxaxaxaaY2210線性度誤差就是指校準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線的最大偏差，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性度，或稱線性度誤差(見(jiàn)下圖)。%100minmaxmax,YYYLL從圖中可知，最大偏差為 ，通常用量程的百分?jǐn)?shù)表示，即：max,LY4）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)，線性系統(tǒng)的靈敏度就是特性曲線的斜率，且靈敏度為一常數(shù)。非線性系統(tǒng)，其靈敏度是特性曲線某點(diǎn)處的切線斜率，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。XYKYX5）回差 回差也稱變差

19、。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。%100minmaxmax,YYYVVmax,VY（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，稱死區(qū)。見(jiàn)圖2-12。死區(qū)用輸入量程的百分?jǐn)?shù)表示： %100minmaxXXXdd圖圖2-12 2-12 死區(qū)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，兩曲線間的最大偏差 ，減去死區(qū)值后的輸出增量為稱之為滯后誤差。其曲線如圖2-13所示。滯后誤差同樣用百分?jǐn)?shù)表示為：%100minmaxmax,YY

20、YHHmax,VYmax,HY圖圖2-13 2-13 滯后誤差滯后誤差6）分辨率：儀器能夠檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)的最小增量，稱為該儀器的分辨率。如：某一溫度傳感器的量程是-5099.9，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

21、現(xiàn)象，稱飄移。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、線性度誤差、回差和飄移。%100)(量程的測(cè)量值或下限允許超過(guò)被測(cè)上限過(guò)載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。這一誤差稱作動(dòng)態(tài)誤差。衡量動(dòng)態(tài)誤差(響應(yīng)時(shí)

22、間)，常用時(shí)間常數(shù)T和傳遞滯后時(shí)間 (又稱時(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

23、于傳感器種類繁多，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)?；緟?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）采用線性化技術(shù) 要求傳感器具有線性輸出特性的優(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）可不用非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。只有當(dāng)傳感器的輸入與輸出具有線性關(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

24、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0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。n0n4）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)措施后仍難以滿足要求，或雖然可以滿足要求，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

25、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 線性范圍 任何傳感器都有一定