传感器的质量评价方法及选择(一)

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1前言
利用传感器感知、采集各种信息，其质量和技术水平既影响传感器的选择和使用，更直接决定系统的功能和质量，因而正确评价传感器的质量尤为关键。同时，因为传感器技术又是一门依检测对象不同而技术各异的独立、专门的技术，所以传感器品种繁多，涉及的技术广泛，要全面评价传感器的质量好坏也比较困难。针对这一问题，笔者进行了探讨和归纳，以期给出较为合理的传感器质量评价方法，并指导传感器的选择和使用。
2传感器的性能指标
传感器的性能指标包含的内容很多，可以概括为基本参数指标、环境参数指标、可靠性指标和其它指标四大类。具体如下：
2．1基本参数指标
(1)量程指标：量程范围、过载能力等。
(2)灵敏度指标：灵敏度、满量程输出、分辨力、输入输出阻抗等。
(3)精度方面的指标：精度(误差)、重复性、线性、滞后、灵敏度误差、阈值、稳定性、漂移等。
(4)动态性能指标：固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等。
2．2环境参数指标
(1)温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等。
(2)抗冲振指标：各向冲振容许频率、振幅值、加速度、冲振引起的误差等。
(3)其它环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等。
2．3可靠性指标
工作寿命、可靠度、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压、反抗非弧性能等。
2．4其它指标
(1)使用方面：供电方式(直流、交流、频率、波形等)、电压幅度与稳定度、功耗、各项分布参数等。
(2)结构方面：外形尺寸、重量、外壳、材质、结构特点等。
(3)安装连接方面：安装方式、馈线、电缆等。
3传感器质量评价的方法
传感器的性能指标可以在一定程度上表征传感器的质量。因此评价传感器的质量好坏，离不开其性能指标。同时由于每种传感器都有具体的结构、功能和适用场合，所以传感器的质量评价必须与传感器的应用相结合来综合考虑。
对传感器进行质量评价时应注意以下三点：
一、传感器作为测量与控制系统的首要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠而又经济地实现信息转换的基本要求。即：
1．足够的容量——传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力。
2．与测量或控制系统匹配性好，转换灵敏度高——传感器的输入与被测输入成确定(线性)关系，且比值大。
3．精度适当，稳定性高——传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求，且长期稳定。
4．反应速度快，工作稳定性好。
5．适用性与适应性强——动作能量小，对被测对象状态影响小，内部噪声小而又不宜受外界干扰的影响，使用安全。
6．使用经济——成本低，寿命长。且易于使用、维修和校准。
这些传感器使用的基本要求，在对传感器进行质量评价时，应当予以重点考核。
二、对所使用的传感器，必须根据使用目的、使用环境、被测对象情况、精度要求和信号处理等具体条件来选择和评价。比如冶金工业中应用的传感器，其环境条件十分恶劣。因此，需要这类传感器具有耐高温、防潮、耐振动、抗干扰和高可靠等特点，可以说对这方面的质量要求非常高。在“冶金工业应用”这一特定场合中，某种传感器首先只有在这里能用，然后才能谈及评价其质量好坏。
三、一般对于高精度传感器，有关动态特性和静态特性方面的性能指标对其质量评价很关键。因为使用时要求高精度传感器必须具有良好的动态特性和静态特性，才能完成对信号无失真的转换。
基于上述考虑，对传感器的质量评价既要全面，又要使之具有指导传感器选择和使用的实际意义。所以，传感器质量评价的主要方法就是罗列若干性能指标(包括基本参数、比较重要的环境参数指标、长期稳定性指标和可靠性指标)，并结合传感器的具体应用来分析，进行对比评价。这种方法同时也可以作为检验、选择和使用传感器的依据。在这里值得强调的是，长期稳定性指标和可靠性指标与传感器的使用条件等多种因素密切相关。合理选型及正确使用是保证传感器稳定、可靠工作的前提。传感器的生产厂家一般在产品手册中给出传感器的主要技术指标、应用范围及主要特点，以体现传感器众多的性能指标。这可以帮助用户根据自己的需要合理地选择产品，也是传感器质量评价的主要依据。
下面以GXW系列非接触式光纤测温传感器的质量评价为例来具体说明。
主要技术指标：
(1)测温范围400～2500~C(分段)
(2)误差±0．5％
(3)分辨率0．5℃
(4)响应时间1ms
(5)最小检测直径Φ6／280mm
(6)目标距离0．2～10m
(7)模拟输出0～5VDC(4～20mA、0～10mA)