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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 如何選用稱重傳感器 [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:39
標(biāo)題: 如何選用稱重傳感器
如何選用稱重傳感器
　稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問題。
如何選用傳感器
稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。
環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個方面：
（1）高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料熔化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題。對于高溫環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外，必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。
（2）粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感器其密封的方式是不同的，其密閉性存在著很大差異。
常見的密封有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機(jī)械緊固密封；焊接（氬弧焊、等離子束焊）和抽真空充氮密封。
從密封效果來看，焊接密封為最佳，充填涂覆密封膠為最差。對于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器，可選擇涂膠密封的傳感器，而對于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器，應(yīng)選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。
（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響，應(yīng)選擇外表面進(jìn)行過噴塑或不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。
（4）電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。在此情況下，應(yīng)對傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴(yán)格檢查，看其是否具有良好的抗電磁能力。
（5）易燃、易爆不僅對傳感器造成徹底性的損害，而且還給其它設(shè)備和人身安全造成很大的威脅。因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆環(huán)境下必須選用防爆傳感器，這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性，還要考慮到防爆強(qiáng)度，以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。
其次對傳感器數(shù)量和量程的選擇。
傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)（支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)使秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定）而定。一般來說，秤體有幾個支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，但是對于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定選用傳感器的個數(shù)。
傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。
傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。
公式如下：
C＝K-0?K-1?K-2?K-3?(Wmax＋W)/N
C—單個傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K-0—保險系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間人；K-1—沖擊系數(shù)；K-2—秤體的重心偏移系數(shù)；K-3—風(fēng)壓系數(shù)。
例如：一臺30t電子汽車衡，最大稱量是30t，秤體自重為1.9t，采用四只傳感器，根據(jù)當(dāng)時的實(shí)際情況，選取保險系數(shù)K-0＝1.25，沖擊系數(shù)K-1＝1.18，重心偏移系數(shù)K-2—＝1.03，風(fēng)壓系數(shù)K-3＝1.02，試確定傳感器的噸位。
解：根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：
C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N
可知：
C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4＝12.36t
因此，可選用量程為15t的傳感器（傳感器的噸位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊訂做）。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)，使傳感器的稱量儲備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。
再次，要考慮各種類型傳感器的適用范圍。
傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價秤、平臺秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
最后，還要對傳感器準(zhǔn)確度等級進(jìn)行選擇。
傳感器的準(zhǔn)確度等級包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時候，不要單純追求高等級的傳感器，而既要考慮滿足電子秤的準(zhǔn)確度要求，又要考慮其成本。
對傳感器等級的選擇必須滿足下列兩個條件：
1.滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經(jīng)過放大、A／D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入情號大小，即將傳感器的輸出靈敏度代人傳感器和儀表的匹配公式，計(jì)算結(jié)果必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。
傳感器和儀表的匹配公式：
傳感器輸出靈敏度*激勵電源電壓*秤的最大稱量
秤的分度數(shù)*傳感器的個數(shù)*傳感器量程
例如：一稱量為25kg的定量包裝秤，最大分度數(shù)為1000個分度；秤體采用3只L—BE—25型傳感器，量程為25kg，靈敏度為2.0±0.008mV／V，拱橋電壓力12V；秤采用AD4325儀表。問采用的傳感器能否與儀表匹配。
解：經(jīng)查閱，AD4325儀表的輸入靈敏度為0.6μV／d，因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式可得儀表的實(shí)際輸入信號為：
2×12×25／1000×3×25＝8μV／d＞0.6μv／d
所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。
2.滿足整臺電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準(zhǔn)確度選擇的時候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:40
標(biāo)題: 電阻應(yīng) 變式稱重傳感器
電阻應(yīng) 變式稱重傳感器等工作原理
電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。
由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。
一、電阻應(yīng)變片
電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。
設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：
                  R = ρL/S（Ω）（2—1）
當(dāng)他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。
對式（2--1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：
            ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
            ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）
另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以
            ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
從材料力學(xué)我們知道
            Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
            ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
                  =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
                  = K *ΔL/L （2--6）
其中
               K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（２--７）
式（2--6））說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。
需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。
在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便
常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（２--６）常寫作：
ΔR/R = Kε (2—8)
　
二、彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。
以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。
設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。
肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3）（2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--揚(yáng)氏模量：μ—泊松系數(shù)；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。
需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。
三、檢測電路
檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重釁髦械玫攪斯惴旱撓τ謾?BR> 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:41
標(biāo)題: 稱重傳感器常用技術(shù) 參數(shù)
稱重傳感器常用技術(shù) 參數(shù)
一、用分項(xiàng)指標(biāo)表示法在介紹稱重傳感器技術(shù)參數(shù)時，傳統(tǒng)的方法是采用分項(xiàng)指標(biāo)，其優(yōu)點(diǎn)是物理意義明確，沿用多年，熟悉的人較多。我們現(xiàn)在列出其主要項(xiàng)目如下：*額定容量生產(chǎn)廠家給出的稱量范圍的上限值。
*額定輸出（靈敏度）
加額定載荷時和無載荷時，傳感器輸出信號的差值。由于稱重傳感器的輸出信號與所加的激勵電壓有關(guān)，所以額定輸出的單位以mV/V來表示。并稱之為靈敏度。
*靈敏度允差
傳感器的實(shí)際穩(wěn)定輸出與對應(yīng)的標(biāo)稱額定輸出之差對該標(biāo)稱額定輸出的百分比。例如，某稱重傳感器的實(shí)際額定輸出為2.002mV/V，與之相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)額定輸出則為2mV/V，則其靈敏度允差為：（（2．002 – 2。000）/2.000）*100% = 0.1%
*非線性
由空載荷的輸出值和額定載荷時輸出值所決定的直線和增加負(fù)荷之實(shí)測曲線之間最大偏差對于額定輸出值的百分比。
*滯后允差
從無載荷逐漸加載到額定載荷然后再逐漸卸載。在同一載荷點(diǎn)上加載和卸載輸出量的最大差值對額定輸出值的百分比。
*重復(fù)性誤差
在相同的環(huán)境條件下，對傳感器反復(fù)加荷到額定載荷并卸載。加荷過程中同一負(fù)荷點(diǎn)上輸出值的最大差值對額定輸出的百分比。
*蠕變
在負(fù)荷不變（一般取為額定載荷），其它測試條件也保持不變的情形下，稱重傳感器輸出隨時間的變化量對額定輸出的百分比。
*零點(diǎn)輸出
在推薦電壓激勵下，未加載荷時傳感器的輸出值對額定輸出的百分比。
*絕緣阻抗
傳感器的電路和彈性體之間的直流阻抗值。
*輸入阻抗
信號輸出端開路，傳感器未加負(fù)荷時，從電源激勵輸入端測得的阻抗值。
*輸出阻抗
電源激勵輸入端短路，傳感器未加載荷時，從信號輸出端測得的阻抗。
*溫度補(bǔ)償范圍
在此溫度范圍內(nèi)，傳感器的額定輸出和零平衡均經(jīng)過嚴(yán)密補(bǔ)償，從而不會超出規(guī)定的范圍。
*零點(diǎn)溫度影響
環(huán)境溫度的變化引起的零平衡變化。一般以溫度每變化10K時，引起的零平衡變化量對額定輸出的百分比來表示。
*額定輸出溫度影響
環(huán)境溫度的變化引起的額定輸出變化。一般以溫度每變化10K引起額定定輸出的變化量額定輸出的百分比來表示。
*使用溫度范圍
傳感器在此溫度范圍內(nèi)使用其任何性能參數(shù)均不會產(chǎn)生永久性有害變化
二、在《OIML60號國際建議》中采用的術(shù)語。以《OIML60號國際建議》９２年版為基礎(chǔ)，參考《JJG669--90稱重傳感器檢定規(guī)程》新的技術(shù)參數(shù)大致有：
*稱重傳感器輸出
被測量（質(zhì)量）通過稱重傳感器轉(zhuǎn)換而得到的可測量。
*稱重傳感器分度值
稱重傳感器的測量范圍被等分后其中一份的大小。
*稱重傳感器檢定分度值（V）
為了準(zhǔn)確度分級，在稱重傳感器測試中采用的，以質(zhì)量單位表達(dá)的稱重傳感器分度值。
*稱重傳感器最小檢定分度值（Vmin）
稱重傳感器測量范圍可以被分度的最小檢定分度值勤。
*最小靜負(fù)荷（Fsmin）
可以施加于稱重傳感器而不會超出最大允許誤差的質(zhì)量的最小值。
*最大稱量
可以施加于稱重傳感器而不會超出最大允許誤差的質(zhì)量的最大值。
*非線性（L）
稱重傳感器進(jìn)程校準(zhǔn)曲線與理論直線的偏差。
*滯后誤差（H）
施加同一級負(fù)荷時稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的最大差值；其中一次是由最小靜負(fù)荷開始的進(jìn)程讀數(shù)，另一次是由最大稱量開始的回程讀數(shù)。
*蠕變（Cp）
在負(fù)荷不變，所有環(huán)境條件和其它變量也保持不變的情況下，稱重傳感器滿負(fù)荷輸出隨時間的變化。
*最小靜負(fù)荷輸出恢復(fù)植（CrFsmin）
負(fù)荷施加前，后測得的稱重傳感器最小靜負(fù)荷輸出之間的差值。
*重復(fù)性誤差（R）
在相同的負(fù)荷和相同的環(huán)境條件下，使連續(xù)數(shù)次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得的稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的差值。
*溫度對最小靜負(fù)荷輸出的影響（Fsmin）
由于環(huán)境溫度變化而引起的最小靜負(fù)荷輸出之間的變化。
*溫度對輸出靈敏度的影響（St）
由于環(huán)境溫度變化而引起的輸出靈敏度的變化。
*稱重傳感器測量范圍
被測量（質(zhì)量）值范圍，測量結(jié)果在此范圍內(nèi)不會超出最大允許誤差。
*安全極限負(fù)荷
可以施加于稱重傳感器的最大負(fù)荷，此時稱重傳感器在性能特征上，不會產(chǎn)生超出規(guī)定值的永久性漂移。
*溫濕度對最小靜負(fù)荷輸出影響（FsminH）
由于溫濕度變化而引起的最小靜負(fù)荷輸出的變化。
*溫濕度對輸出靈敏度的影響
由于溫濕度變化而引起的輸出靈敏度的變化。
此外，在《JJG699—90稱重傳感器檢定規(guī)程》中，還列出了一個技術(shù)參數(shù)，即
*最小負(fù)荷（Fmin）
力發(fā)生裝置能達(dá)到的最接近稱重傳感器最小靜負(fù)荷的質(zhì)量值。
正是因?yàn)閭鞲衅鳒y量時，總要在測力機(jī)上進(jìn)行，而又很難直接測量最小靜負(fù)荷點(diǎn)性能。再要說明一點(diǎn)，《OIML60號國際建議》是專門為稱重傳感器而制定的，它對稱重傳感器的評定的出發(fā)點(diǎn)就是要適應(yīng)衡器的要求。當(dāng)傳感器用于其它目的時，這種評估方式不一定最合適。

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:42
標(biāo)題: 稱重傳感器選用的一般規(guī) 則
稱重傳感器選用的一般規(guī) 則
在電子衡器中，選用何種稱重傳感器，要全面衡量。下面就稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式、量程，準(zhǔn)確度等級的選擇上講述一般要考慮的幾個方面。
一、結(jié)構(gòu)、形式的選擇
選用何種結(jié)構(gòu)形式的稱重傳感器，主要看衡器的結(jié)構(gòu)和使用的環(huán)境條件。如要制作低外形衡器，一般應(yīng)選用懸臂梁式和輪幅式傳感器，若對外形高度要求不嚴(yán)，則可采用柱式傳感器。此外，衡器使用的環(huán)境若很潮濕，有很多粉塵，則應(yīng)選擇密封形式較好的；若在有爆炸危險的場合，則應(yīng)選用本質(zhì)安全型傳感器；若在高架稱重系統(tǒng)中，則應(yīng)考慮安全及過載保護(hù)；若在高溫環(huán)境下使用，則應(yīng)選用有水冷卻護(hù)套的稱重傳感器；若在高寒地區(qū)使用，則應(yīng)考慮采用有加溫裝置的傳感器。
在形式選擇中，有一個要考慮的因素是，維修的方便與否及其所需費(fèi)用，即一旦稱重系統(tǒng)出了毛病，能否很順利、很迅速的獲得維修器件。若不能做到就說明形式選擇不夠合適。
二、量程的選擇
稱重系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量，則其稱量準(zhǔn)確度就越高，但在實(shí)際使用時，由于存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等，因而不同稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限的原則有很大差別。作為一般規(guī)則，可有：
*單傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng)：
固定負(fù)荷（秤臺、容器等）+ 變動負(fù)荷（需稱量的載荷）≤所選用傳感器的額定載荷 X 70%
*多傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng)：
固定負(fù)荷（秤臺、容器等）+ 變動負(fù)荷（需稱量的載荷）≤選用傳感器額定載荷 X 所配傳感器個數(shù) X 70%
其中70%的系數(shù)即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。
需要說明的是：首先，選擇傳感器得額定容量要盡量符合生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品系列中的值，否則，選用了非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，不但價格貴，而且損壞后難以代換。其次，在同一稱重系統(tǒng)中，不允許選用額定容量不同的傳感器，否則，該系統(tǒng)沒法正常工作。再者，所謂變動負(fù)荷（需稱量的載荷）是指加于傳感器的真實(shí)載荷，若從秤臺到傳感器之間的力值傳遞過程中，有倍乘和衰減的機(jī)構(gòu)（如杠桿系統(tǒng)），則應(yīng)考慮其影響。
三、準(zhǔn)確度的選擇
稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級的選擇，要能夠滿足稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確度級別的要求，只要能滿足這項(xiàng)要求即可。即若2500分度的傳感器能滿足要求，切勿選用3000分度的。
若在一稱重系統(tǒng)中使用了幾只相同形式，相同額定容量的傳感器并聯(lián)工作時，其綜合誤差為Δ，則有:
Δ=Δ/ n1/2 (2—12)
其中：Δ：單個傳感器的綜合誤差； n：傳感器的個數(shù)。
另外，電子稱重系統(tǒng)一般由三大部分組成，他們是稱重傳感器，稱重顯示器和機(jī)械結(jié)構(gòu)件。當(dāng)系統(tǒng)的允差為1時，作為非自動衡器主要構(gòu)成部分之一的稱重傳感器的綜合誤差（Δ）一般只能達(dá)到0.7的比例成分。根據(jù)這一點(diǎn)和式（2--12），自不難對所需的傳感器準(zhǔn)確度作出選擇。
四、某些特殊要求應(yīng)如何達(dá)到
在某些稱重系統(tǒng)中，可能有一些特殊的要求，例如軌道衡中希望稱重傳感器的彈性變形量要小一些，從而可以使秤臺在稱量時的下沉量小些，使得貨車在駛?cè)牒婉偝龀优_時，減小沖擊和振動。另外，在構(gòu)成動態(tài)稱重系統(tǒng)時，不免要考慮所用稱重傳感器的自振頻率，是否能滿足動態(tài)測量的要求。這些參數(shù)，在一般的產(chǎn)品介紹中是不予列出的。因此當(dāng)要了解這些技術(shù)參數(shù)時，應(yīng)向制造商咨詢，以免失誤。

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:42
標(biāo)題: 使用稱重傳感器注意事項(xiàng)
使用稱重傳感器注意事項(xiàng)
電阻應(yīng)變式稱重傳感器本身是一種堅(jiān)固、耐用、可靠的機(jī)電產(chǎn)品。但為了保證測試精度，我們?nèi)杂性S多在使用中要注意的問題，下面列出一些基本要求。
一、機(jī)械安裝方面
稱重傳感器要輕拿輕放，尤其是由合金鋁制作彈性體的小容量傳感器，任何沖擊、跌落，對其計(jì)量性能均可能造成極大損害。對于大容量的稱重傳感器，一般來說，它具有較大的自重，故而要求在搬運(yùn)、安裝時，盡可能使用適當(dāng)?shù)钠鸬踉O(shè)備（如手拉葫蘆、電動葫蘆等）。
安裝傳感器的底座安裝面應(yīng)平整、清潔，無任何油膜，膠膜等存在。安裝底座本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛性，一般要求高于傳感器本身的強(qiáng)度和剛度。
水平調(diào)整：水平調(diào)整有兩個方面的內(nèi)容。一是單只傳感器安裝底座的安裝平面要用水平儀調(diào)整水平，另一方面是指多個傳感器的安裝底座的安裝面要盡量調(diào)整到一個水平面上（用水準(zhǔn)儀），尤其是傳感器數(shù)多于三個的稱重系統(tǒng)中，更應(yīng)注意這一點(diǎn)，這樣做的主要目的是為了使各傳感器所承受的負(fù)荷基本一致。
每種稱重傳感器的加載方向都是確定的，而我們使用時，一定要在此方向上加載負(fù)荷。橫向力、附加的彎矩、扭矩力應(yīng)盡量避免。
盡量采用有自動定位（復(fù)位）作用的結(jié)構(gòu)配件，如球形軸承、關(guān)節(jié)軸承、定位緊固器等。他們可以防止某些橫向力作用在傳感器上。要說明的是：有些橫向力并不是機(jī)械安裝引起的，如熱膨脹引起的橫向力，風(fēng)力引起的橫向力，及某些容器類衡器上的攪拌器的振動引起的橫向力即不是機(jī)械安裝引起的。
某些衡器上有些必須接到秤體上的附件（如容器秤的輸料管道等），我們應(yīng)讓他們在傳感器加載主軸的方向上盡量柔軟一些，以防止他們“吃掉”傳感器的真實(shí)負(fù)荷合而引起誤差。
稱重傳感器周圍應(yīng)盡量設(shè)置一些“擋板”，甚至用薄金屬板把傳感器罩起來。這樣可防止雜物玷污傳感器及某些可動部分，而這種“沾污”往往會使可動部分運(yùn)動不爽，而影響稱量精度。
系統(tǒng)有無運(yùn)動不爽現(xiàn)象，可以用以下方法判別。即在秤臺上加或減大約千分之一額定負(fù)荷看看稱重顯示儀是否有反映，有反映，說明可動部分未受“沾污”。
稱重傳感器雖然有一定的過載能力，但在稱重系統(tǒng)安裝過程中，仍應(yīng)防止傳感器的超載。要注意的是，即使是短時間的超載，也可能會造成傳感器永久損壞。在安裝過程中，若確有必要，可先用一個和傳感器等高度的墊塊代替?zhèn)鞲衅鳎阶詈螅侔褌鞲衅鲹Q上。
在正常工作時，傳感器一般均應(yīng)設(shè)置過載保護(hù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)件。
若用螺桿固定傳感器，要求有一定的緊固力矩，而且螺桿應(yīng)有一定的旋入螺紋深度。一般而言，固定螺桿因采用高強(qiáng)度螺桿。
傳感器應(yīng)采用鉸合銅線（截面積約50mm2）形成電氣旁路，以保護(hù)它們免受電焊電流或雷擊造成的危害。
傳感器使用中，必須避免強(qiáng)烈的熱輻射，尤其是單側(cè)的強(qiáng)烈熱輻射。
二、電氣連接方面
傳感器的信號電纜，不和強(qiáng)電電源線或控制線并行布置（例如不要把傳感器信號線和強(qiáng)電電源線及控制線置于同一管道內(nèi)）。若它們必須并行放置，那么，它們之間的距離應(yīng)保持在50CM以上，并把信號線用金屬管套起來。
不管在何種情況下，電源線和控制線均應(yīng)絞合起來，合程度50轉(zhuǎn)／米，若傳感器信號線需要延長，則應(yīng)采用特制的密封電纜接線盒。若不用此種接線盒，而采用電纜與電纜直接對接（錫焊端頭），則應(yīng)對密封防潮特別予以注意，接好后應(yīng)檢驗(yàn)絕緣電阻，且需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（2000～5000M），必要時，應(yīng)重新標(biāo)定傳感器。
若信號電纜線很長，又要保證很高的測量精度，應(yīng)考慮采用帶有中繼放大器的電纜補(bǔ)償電路。
所有通向顯示電路或從電路引出的導(dǎo)線，均應(yīng)采用屏蔽電纜。屏蔽線的聯(lián)接及接地點(diǎn)應(yīng)合理。如圖2一9所示。若未通過機(jī)械框架接地，則在圖2一9A處接地，但屏蔽線互相聯(lián)接后未接地，是浮空的。
注意：有3只傳感器是全并聯(lián)接法，傳感器本身是4線制，但在接線盒內(nèi)換成6線制接法。
傳感器輸出信號讀出電路不應(yīng)和能產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾的設(shè)備（如可”控硅，接觸器等）及有可觀熱量產(chǎn)生的設(shè)備放在同一箱體中，若不能保證這一點(diǎn)，則應(yīng)考慮在它們之間設(shè)置障板隔離之，并在箱體內(nèi)安置風(fēng)扇。
用以測量傳感器輸出信號的電子線路，應(yīng)盡可能配置獨(dú)立的供電變壓器，而不要和接觸器等設(shè)備共用同一主電源。

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:53
標(biāo)題: 傳感器的技術(shù)參數(shù)
傳感器的技術(shù)參數(shù)
（1）額定載荷：傳感器的額定載荷是指在設(shè)計(jì)此傳感器時，在規(guī)定技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)能夠測量的最大軸向負(fù)荷。但實(shí)際使用時，一般只用額定量程的2/3~1/3。
　（2）允許使用負(fù)荷（或稱安全過載）：傳感器允許施加的最大軸向負(fù)荷。允許在一定范圍內(nèi)超負(fù)荷工作。一般為120%~150%。
　（3）極限負(fù)荷（或稱極限過載）：傳感器能承受的不使其喪失工作能力的最大軸向負(fù)荷。意即當(dāng)工作超過此值時，傳感器將會受到損壞。　
　（4）靈敏度：輸出增量與所加的負(fù)荷增量之比。通常每輸入1V電壓時額定輸出的mV。本公司產(chǎn)品與其它公司產(chǎn)品配套時，其靈敏系數(shù)必須一致。
　（5）非線性：這是表征此傳感器輸出的電壓信號與負(fù)荷之間對應(yīng)關(guān)系的精確程度的參數(shù)。
　（6）重復(fù)性：重復(fù)性表征傳感器在同一負(fù)荷在同樣條件下反復(fù)施加時，其輸出值是否能重復(fù)一致，這項(xiàng)特性更重要，更能反映傳感器的品質(zhì)。國標(biāo)對重復(fù)性的誤差的表述：重復(fù)性誤差可與非線性同時測定。傳感器的重復(fù)性誤差（R）按下式計(jì)算：R=ΔθR/θn×100%。ΔθR -- 同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次測量的實(shí)際輸出信號值之間的最大差值（mv）。
（7）滯后：滯后的通俗意思是：逐級施加負(fù)荷再依次卸下負(fù)荷時，對應(yīng)每一級負(fù)荷，理想情況下應(yīng)有一樣的讀數(shù)，但事實(shí)上下一致，這不一致的程度用滯后誤差這一指標(biāo)來表示。國標(biāo)中是這樣來計(jì)算滯后誤差的：傳感器的滯后誤差（H）按下式計(jì)算：H=ΔθH/θn×100%。ΔθH --同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次行程實(shí)際輸出信號值的算術(shù)平均與3次上行程實(shí)際輸出信號值的算術(shù)平均之間的最大差值（mv）。
　（8）蠕變和蠕變恢復(fù)：要求從兩個方面檢驗(yàn)傳感器的蠕變誤差：其一是蠕變：在5-10秒時間無沖擊地加上額定負(fù)荷，在加荷后5~10秒讀數(shù)，然后在30分鐘內(nèi)按一定的時間間隔依次記下輸出值。傳感器蠕變（CP）按下式計(jì)算：CP=θ2 - θ3/θn×100%。其二是蠕變恢復(fù)：盡快去掉額定負(fù)荷（在5~10秒時間內(nèi)），卸荷后在5~10秒內(nèi)立即讀數(shù)，然后在30分鐘內(nèi)按一定的時間間隔依次記下輸出值。傳感器的蠕變恢復(fù)（CR）按下式計(jì)算：CR=θ5 - θ6 /θn×100%。
　（9）允許使用溫度：規(guī)定了此傳感器能適用的場合。例常溫傳感器一般標(biāo)注為：-20℃ --- +70℃。高溫傳感器標(biāo)注為：-40℃ --- 250℃。
　（10）溫度補(bǔ)償范圍：說明此傳感器在生產(chǎn)時已在這樣的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了補(bǔ)償。例常溫傳感器一般標(biāo)注為-10℃ - +55℃。
　（11）零點(diǎn)溫度影響（俗稱零點(diǎn)溫漂）：表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時它的零點(diǎn)的穩(wěn)定性。一般以每10℃范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計(jì)量單位。
　（12）輸出靈敏系數(shù)的溫度影響（俗稱系數(shù)溫漂）：此參數(shù)表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時輸出靈敏度的穩(wěn)定性。一般以每10℃范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計(jì)量單位。
（13）輸出阻抗：本公司傳感器與其它廠家傳感器并聯(lián)使用時，必須弄清該公司產(chǎn)品的輸出阻抗，此值必須與其一致，否則它會直接影響電子秤的輸出特征和四角誤差的調(diào)試。
　（14）輸入阻抗：由于傳感器的輸入端彈模補(bǔ)償電阻和靈敏系數(shù)調(diào)整電阻，所以傳感器的輸入電阻都大于輸出電阻，但可通過并聯(lián)電阻方法使其變化。要求各傳感器的輸入阻抗一致，若與其它廠家的傳感器匹配。則應(yīng)使輸入阻抗與其一致，否則在調(diào)試四角誤差時會增加工時，因?yàn)閭鞲衅鞯妮斎胱杩箤Ψ€(wěn)壓電源而言是一個負(fù)載，只有負(fù)載一樣，同一穩(wěn)壓電源才會提供一樣的電源電壓。
　（15）絕緣阻抗：絕緣阻抗相當(dāng)于傳感器橋路與地之間串了一個阻值與其相當(dāng)?shù)牡碾娮瑁^緣電阻的大小會影響傳感器的各項(xiàng)性能。而當(dāng)絕緣阻抗低于某一個值時，電橋?qū)o法正常工作。
　（16）推薦激勵電壓：一般為5~10伏。因一般稱重儀表內(nèi)配的穩(wěn)壓電源為5或10伏。
　（17）允許最大激勵電壓：為了提高輸出信號，在某些情況下（例如大皮重）要求利用加大激勵電壓來獲得較大的信號。
　（18）電纜長度：它與現(xiàn)場布局有關(guān)，定貨前必須看清楚公司產(chǎn)品的常規(guī)電纜長度。另外，注意環(huán)境是否有腐蝕性、是否有沖擊情況、是否高溫或低溫。
　（19）密封防護(hù)等級IP67：防浸水影響，以規(guī)定的壓力和時間浸入水中性能不受影響。灌膠保護(hù)的傳感器可達(dá)到IP67。除可防油、防水外，還可防一般的腐蝕性氣體，腐蝕性介質(zhì)。

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:55
標(biāo)題: 傳感器新技術(shù)的發(fā)展
傳感器是一種能將物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)換成電信號的器件。輸出信號有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，能滿足信息傳輸、處理、記錄、顯示、控制要求，是自動檢測系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)中不可缺少的元件。如果把計(jì)算機(jī)比作大腦，那么傳感器則相當(dāng)于五官，傳感器能正確感受被測量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出量，對系統(tǒng)的質(zhì)量起決定性作用。自動化程度越高，系統(tǒng)對傳感器要求越高。在今天的信息時代里，信息產(chǎn)業(yè)包括信息采集、傳輸、處理三部分，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)由于超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，而已經(jīng)充分發(fā)達(dá)后，不僅對傳感器的精度、可靠性、響應(yīng)速度、獲取的信息量要求越來越高，還要求其成本低廉且使用方便。顯然傳統(tǒng)傳感器因功能、特性、體積、成本等已難以滿足而逐漸被淘汰。世界許多發(fā)達(dá)國家都在加快對傳感器新技術(shù)的研究與開發(fā)，并且都已取得極大的突破。如今傳感器新技術(shù)的發(fā)展，主要有以下幾個方面：
一、發(fā)現(xiàn)并利用新現(xiàn)象
利用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)作為傳感器原理，所以研究發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象與新效應(yīng)是傳感器技術(shù)發(fā)展的重要工作，是研究開發(fā)新型傳感器的基礎(chǔ)。日本夏普公司利用超導(dǎo)技術(shù)研制成功高溫超導(dǎo)磁性傳感器，是傳感器技術(shù)的重大突破，其靈敏度高，僅次于超導(dǎo)量子干涉器件。它的制造工藝遠(yuǎn)比超導(dǎo)量子干涉器件簡單。可用于磁成像技術(shù)，有廣泛推廣價值。
利用抗體和抗原在電極表面上相遇復(fù)合時，會引起電極電位的變化，利用這一現(xiàn)象可制出免疫傳感器。用這種抗體制成的免疫傳感器可對某生物體內(nèi)是否有這種抗原作檢查。如用肝炎病毒抗體可檢查某人是否患有肝炎，起到快速、準(zhǔn)確作用。美國加州大學(xué)巳研制出這類傳感器。
二、利用新材料
傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，由于材料科學(xué)進(jìn)步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器；光導(dǎo)纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器；用陶瓷制成壓力傳感器。高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。高分子電介常數(shù)小，水分子能提高聚合物的介電常數(shù)。將高分子電介質(zhì)做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個原理制成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，其有以下特點(diǎn)：
測濕范圍寬；
溫度范圍寬，可達(dá)-400℃～ +1500℃；
響應(yīng)速度快，小于1S；
尺寸小，可用于小空間測濕；
溫度系數(shù)小。
陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進(jìn)的陶瓷技術(shù)，厚膜電子技術(shù)，其技術(shù)性能穩(wěn)定，年漂移量小于0.1%F.S,溫漂小于±0.15%/10K,抗過載強(qiáng),可達(dá)量程的數(shù)百倍。測量范圍可從0到60mpa。德國E+H公司和美國Kavlio公司產(chǎn)品處于領(lǐng)先地位。
光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感材料的重大突破，其最早用于光通信技術(shù)。在光通信利用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度、壓力、電場、磁場等環(huán)境條件變化時，引起光纖傳輸?shù)墓獠◤?qiáng)度、相位、頻率、偏振態(tài)等變化，測量光波量的變化，就可知道導(dǎo)致這些光波量變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理量的大小，利用這些原理可研制出光導(dǎo)纖維傳感器。光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點(diǎn)：靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實(shí)現(xiàn)遙測等。光纖傳感器日本處于先進(jìn)水平。如Idec Izumi公司和Sunx公司。光纖傳感受器與集成光路技術(shù)相結(jié)合，加速光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學(xué)元件和無源光器件，使光纖傳感器有高的帶寬、低的信號處理電壓，可靠性高，成本低。
三、微機(jī)械加工技術(shù)
半導(dǎo)體技術(shù)中的加工方法有氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積、平面電子工藝，各向?qū)愿g及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進(jìn)到傳感器制造。因而產(chǎn)生了各種新型傳感器，如利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。
日本橫河公司利用各向?qū)愿g技術(shù)進(jìn)行高精度三維加工，制成全硅諧振式壓力傳感器。核心部分由感壓硅膜片和硅膜片上面制作的兩個諧振梁結(jié)成，兩個諧振梁的頻差對應(yīng)不同的壓力，用頻率差的方法測壓力，可消除環(huán)境溫度等因素帶來的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，兩個諧振梁頻率和幅度變化相同，將兩個頻率差后，其相同變化量就能夠相互抵消。其測量最高精度可達(dá)0.01%FS。
美國Silicon Microstructure Inc.(SMI)公司開發(fā)一系列低價位,線性度在0.1%到0.65%范圍內(nèi)的硅微壓力傳感器,最低滿量程為0.15psi(1KPa),其以硅為材料制成,具有獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu),輕細(xì)微機(jī)械加工,和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上,當(dāng)硅片上方受力時,其產(chǎn)生變形,電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡,輸出與壓力成比例的電信號.象這樣的硅微傳感器是當(dāng)今傳感器發(fā)展的前沿技術(shù),其基本特點(diǎn)是敏感元件體積為微米量級,是傳統(tǒng)傳感器的幾十、幾百分之一。在工業(yè)控制、航空航天領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)等方面有重要的作用，如飛機(jī)上利用可減輕飛機(jī)重量，減少能源。另一特點(diǎn)是能敏感微小被測量，可制成血壓壓力傳感器。
中國航空總公司北京測控技術(shù)研究所，研制的CYJ系列濺謝膜壓力傳感器是采用離子濺射工藝加工成金屬應(yīng)變計(jì)，它克服了非金屬式應(yīng)變計(jì)易受溫度影響的不足，具有高穩(wěn)定性，適用于各種場合，被測介質(zhì)范圍寬，還克服了傳統(tǒng)粘貼式帶來的精度低、遲滯大、蠕變等缺點(diǎn)，具有精度高、可靠性高、體積小的特點(diǎn)，廣泛用于航空、石油、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域。
四、集成傳感器
集成傳感器的優(yōu)勢是傳統(tǒng)傳感器無法達(dá)到的，它不僅僅是一個簡單的傳感器，其將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在一塊芯片上，使之具有校準(zhǔn)、補(bǔ)償、自診斷和網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它可降低成本、增加產(chǎn)量，美國LUCAS、NOVASENSOR公司開發(fā)的這種血壓傳感器，每星期能生產(chǎn)1萬只。
五、智能化傳感器
智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計(jì)算機(jī)和傳感器相結(jié)合的成果，它兼有檢測、判斷和信息處理功能，與傳統(tǒng)傳感器相比有很多特點(diǎn)：
具有判斷和信息處理功能，能對測量值進(jìn)行修正、誤差補(bǔ)償，因而提高測量精度；
可實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)測量；
有自診斷和自校準(zhǔn)功能，提高可靠性；
測量數(shù)據(jù)可存取，使用方便；
有數(shù)據(jù)通信接口，能與微型計(jì)算機(jī)直接通信。
把傳感器、信號調(diào)節(jié)電路、單片機(jī)集成在一芯片上形成超大規(guī)模集成化的高級智能傳感器。美國HONY WELL公司ST-3000型智能傳感器，芯片尺寸才有3×4×2mm3，采用半導(dǎo)體工藝，在同一芯片上制成CPU、EPROM、靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。
智能化傳感器的研究與開發(fā)，美國處于領(lǐng)先地位。美國宇航局在開發(fā)宇宙飛船時稱這種傳感器為靈巧傳感器（Smart Sensor），在宇宙飛船上這種傳感器是非常重要的。我國在這方面的研究與開發(fā)還很落后，主要是因?yàn)槲覈雽?dǎo)體集成電路工藝水平有限。
傳感器的發(fā)展日新月異，特別是80年代人類由高度工業(yè)化進(jìn)入信息時代以來，傳感器技術(shù)向更新、更高的技術(shù)發(fā)展。美國、日本等發(fā)達(dá)國家的傳感器技術(shù)發(fā)展最快，我國由于基礎(chǔ)薄弱，傳感器技術(shù)與這些發(fā)達(dá)國家相比有較大的差距。因此，我們應(yīng)該加大對傳感器技術(shù)研究、開發(fā)的投入，使我國傳感器技術(shù)與外國差距縮短，促進(jìn)我國儀器儀表工業(yè)和自化化技術(shù)的發(fā)展。
信息來源：中國自動化網(wǎng)

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 16:56
標(biāo)題: 世界傳感器技術(shù)研究情況簡介
世界傳感器技術(shù)研究情況簡介
傳感器是新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，美國早在80年代就聲稱世界已進(jìn)入傳感器時代，日本則把傳感器技術(shù)列為十大技術(shù)之創(chuàng)立。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時代”。世界技術(shù)發(fā)達(dá)國家對開發(fā)傳感器技術(shù)部十分重視。美、日、英、法、德和獨(dú)聯(lián)體等國都把傳感器技術(shù)列為國家重點(diǎn)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。美國國家長期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的22項(xiàng)技術(shù)中有６項(xiàng)與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護(hù)美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其中８項(xiàng)為無源傳感器。美國空軍2000年舉出15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。日本對開發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當(dāng)重視并列為國家重點(diǎn)發(fā)展６大核心技術(shù)之一。日本科學(xué)技術(shù)廳制定的90年代重點(diǎn)科研項(xiàng)目中有70個重點(diǎn)課題，其中有18項(xiàng)是與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。美國早在80年代初就成立了國家技術(shù)小組（BTG），幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)各大公司與國家企事業(yè)部門的傳感器技術(shù)開發(fā)工作。
傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸，當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時，人們才逐步認(rèn)識信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。傳感器開始受到普遍重視，從八十年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起了一股“傳感器熱”。美國國防部將傳感器技術(shù)視為今年20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，日本把傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)、通信、激光半導(dǎo)體、超導(dǎo)并列為６大核心枝術(shù)，德國視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國對傳感器的開發(fā)投資逐年升級，原蘇聯(lián)軍事航天計(jì)劃中的第五條列有傳感器技術(shù)。正是由于世界各國普遍重視和投入開發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速，在近十幾年來其產(chǎn)量及市場需求年增長率均在10％以上。目前世界上從事傳感器研制生產(chǎn)單位已增到5000余家。美國、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產(chǎn)廠家1000余家，日本有800余家。
英特爾公司于當(dāng)?shù)貢r間本周三宣布，它已經(jīng)發(fā)明了一種絕緣晶體管的突破性新方法，解決了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的最基本問題之一：在減少電能損耗和發(fā)熱量的同時使計(jì)算機(jī)芯片越來越小。
　　隨著半導(dǎo)體廠商在芯片中“塞入”的晶體管越來越多，晶體管就會出現(xiàn)電子泄露的問題。這意味著功能強(qiáng)大的芯片需要更多的電能，縮短了電池使用時間，并造成計(jì)算機(jī)散發(fā)大量熱量，使筆記本電腦變得燙手，企業(yè)則需要為服務(wù)器系統(tǒng)建立昂貴的冷卻系統(tǒng)。
　　英特爾公司稱，為了解決這一問題，它已經(jīng)找到了一種絕緣金屬材料，以取代目前晶體管中普遍使用的二氧化硅。二氧化硅在晶體管中的使用已經(jīng)有三十年的歷史了。英特爾公司的技術(shù)分析師威羅納爾說，能耗問題是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前遇到的最大難題，我們的技術(shù)是對晶體管的重新設(shè)計(jì)。
　　當(dāng)在芯片上集成的晶體管越來越多時，二氧化硅絕緣層會變得非常薄，使電流能夠泄露出去。英特爾公司的解決方案是一種被稱為“高K絕緣體”的較厚的金屬材料，使晶體管不會發(fā)生電流泄露。
　　為了提高芯片的運(yùn)算能力，英特爾公司及其競爭對手在芯片中集成的晶體管數(shù)目越來越大。例如，1993年推出的奔騰芯片集成了310萬個晶體管，奔騰4芯片則集成了5500萬個晶體管，英特爾公司在2007年推出的芯片預(yù)計(jì)將集成10億個以上的晶體管。
　　英特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾在1965年提出了著名的摩爾定律，即芯片上集成的晶體管數(shù)量每18個月就會翻一番。今年2月份，他預(yù)測說，摩爾定律在未來10年內(nèi)還會繼續(xù)生效，但他警告說，為了減少芯片的發(fā)熱量，必須首先解決電流泄露的問題。
　　威羅納爾表示，由于新的絕緣材料與現(xiàn)有的硅柵極不兼容，英特爾公司還將在柵極中使用金屬材料。
　　英特爾公司沒有披露新材料的成份。英特爾公司稱，它將在2007年使用這種新技術(shù)，屆時，它還將開始使用0.045微米生產(chǎn)工藝。　　

信息來源：傳感器資訊網(wǎng)

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-1 17:01
標(biāo)題: 其他-傳感器選用指南

傳感器選用指南

傳感器選用指南　傳感器的種類選擇　壓電式傳感器的敏感芯體材料和結(jié)構(gòu)形式　壓電式加速度傳感器的信號輸出形式　傳感器靈敏度，量程和頻率范圍的選擇　傳感器的整體封裝設(shè)計(jì)與電纜　外界環(huán)境對測量傳感器的影響工程振動量值的物理參數(shù)常用位移、速度和加速度來表示。由于在通常的頻率范圍內(nèi)振動位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之間都可互相轉(zhuǎn)換，所以在實(shí)際使用中振動量的大小一般用加速度的值來度量。常用單位為：米/秒2 (m/s2)，或重力加速度(g)。　　描述振動信號的另一重要參數(shù)是信號的頻率。絕大多數(shù)的工程振動信號均可分解成一系列特定頻率和幅值的正弦信號，因此，對某一振動信號的測量，實(shí)際上是對組成該振動信號的正弦頻率分量的測量。對傳感器主要性能指標(biāo)的考核也是根據(jù)傳感器在其規(guī)定的頻率范圍內(nèi)測量幅值精度的高低來評定。　　最常用的振動測量傳感器按各自的工作原理可分為壓電式、壓阻式、電容式、電感式以及光電式。壓電式加速度傳感器因?yàn)榫哂袦y量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對被測件的影響小以及安裝使用方便，所以成為最常用的振動測量傳感器。 ? 傳感器的種類選擇。 o 壓電式- 原理和特點(diǎn) 　　壓電式傳感器是利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理。敏感芯體質(zhì)量受振動加速度作用后產(chǎn)生一個與加速度成正比的力，壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號。壓電式加速度傳感器具有動態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被最為廣泛使用的振動測量傳感器。雖然壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，商業(yè)化使用歷史也很長，但因其性能指標(biāo)與材料特性、設(shè)計(jì)和加工工藝密切相關(guān)，因此在市場上銷售的同類傳感器性能的實(shí)際參數(shù)以及其穩(wěn)定性和一致性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其最大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率的信號。 o 壓阻式　　應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測量電橋，其結(jié)構(gòu)動態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。現(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性以適合各種不同的測量要求。在靈敏度和量程方面，從低靈敏度高量程的沖擊測量，到直流高靈敏度的低頻測量都有壓阻形式的加速度傳感器。同時壓阻式加速度傳感器測量頻率范圍也可從直流信號到具有剛度高，測量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個亮點(diǎn)。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大靈活性，但對某個特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在價格方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價具有很大的市場競爭力，但對特殊使用的敏感芯體制造成本將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。 o 電容式　　電容型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運(yùn)動而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較小；但不足之處表現(xiàn)在信號的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號源，因此電容傳感器的輸出信號往往需通過后繼電路給于改善。在實(shí)際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。 ? 壓電式傳感器的敏感芯體材料和結(jié)構(gòu)形式 o 壓電材料　　壓電材料一般可以分為兩大類，即壓電晶體和壓電陶瓷。在壓電型加速度計(jì)的最常用的壓電晶體為石英，其特點(diǎn)為工作溫度范圍寬，性能穩(wěn)定，因此在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常被用作標(biāo)準(zhǔn)傳感器的壓電材料。由于石英的壓電系數(shù)比其他壓電材料低得多，因此對通用型壓電加速度計(jì)而言更為常用的壓電材料為壓電陶瓷。壓電陶瓷中鋯鈦酸鉛（PZT）是目前壓電加速度計(jì)中最經(jīng)常使用的壓電材料。其特點(diǎn)為具有較高的壓電系數(shù)和居里點(diǎn)，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度時間等外界條件的變化相對較小。必須指出的是，就同一品種的壓電陶瓷而言，雖然都有相同的基本特性，但由于制作工藝不同可以使兩個相同材料的壓電陶瓷的具體性能指標(biāo)相差甚大。這種現(xiàn)象可以通過典型的國產(chǎn)傳感器和進(jìn)口傳感器的比較得以反映，國內(nèi)振動測試業(yè)幾十年的經(jīng)驗(yàn)對此深有體會。 o 傳感器敏感芯體的結(jié)構(gòu)形式　　壓電加速度傳感器的敏感芯體一般由壓電材料和附加質(zhì)量塊組成，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度作用后便轉(zhuǎn)換成一個與加速度成正比并加載到壓電材料上的力，而壓電材料受力后在其表面產(chǎn)生一個與加速度成正比的電荷信號。壓電材料的特性決定了作用力可以是受正應(yīng)力也可以是剪應(yīng)力，壓電材料產(chǎn)生的電荷大小隨作用力的方向以及電荷引出表面的位置而變。根據(jù)壓電材料不同的受力方法，常用傳感器敏感芯體的結(jié)構(gòu)一般有以下三種形式： ? 壓縮形式– 壓電材料受到壓縮或拉伸力而產(chǎn)生電荷的結(jié)構(gòu)形式。壓縮式敏感芯體是加速度傳感器中最為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。其特點(diǎn)是制造簡單方便，能產(chǎn)生較高的自振諧振頻率和較寬的頻率測量范圍。而最大的缺點(diǎn)是不能有效地排除各種干擾對測量信號的影響。 ? 剪切形式– 通過對壓電材料施加剪切力而產(chǎn)生電荷的結(jié)構(gòu)形式。從理論上分析在剪切力作用下壓電材料產(chǎn)生的電荷信號受外界干擾的影響甚小，因此剪切結(jié)構(gòu)形式成為最為廣泛使用的加速度傳感器敏感芯體。然而在實(shí)際制造過程中，確保剪切敏感芯體的加速度計(jì)持有較高和穩(wěn)定的頻率測量范圍卻是傳感器制造中工藝中最為困難的一個環(huán)節(jié)。北智BW-Sensor 采用進(jìn)口記憶金屬材料的緊固件從而保證傳感器具有穩(wěn)定可靠的諧振頻率和頻率測量范圍。 ? 彎曲變形梁形式- 壓電材料受到彎曲變形而產(chǎn)生電荷的結(jié)構(gòu)形式。彎曲變形梁結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生比較大的電荷輸出信號，也較容易實(shí)現(xiàn)控制阻尼；但因?yàn)槠錅y量頻率范圍低，更由于此結(jié)構(gòu)不能排除因溫度變化而極容易產(chǎn)生的信號漂移，所以此結(jié)構(gòu)在壓電型加速度計(jì)的設(shè)計(jì)中很少被采用。 ? 壓電式加速度傳感器的信號輸出形式 o 電荷輸出型　　傳統(tǒng)的壓電加速度計(jì)通過內(nèi)部敏感芯體輸出一個與加速度成正比的電荷信號。實(shí)際使用中傳感器輸出的高阻抗電荷信號必須通過二次儀表將其轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓信號才能讀取。由于高阻抗電荷信號非常容易受到干擾，所以傳感器到二次儀表之間的信號傳輸必須使用低噪聲屏蔽電纜。由于電子器件的使用溫度范圍有限，所以高溫環(huán)境下的測量一般還是使用電荷輸出型。北智BW-Sensor采用進(jìn)口陶瓷的加速度計(jì)可在溫度-40oC~250oC 范圍內(nèi)長期使用。 o 低阻抗電壓輸出型（IEPE）　　IEPE 型壓電加速度計(jì)即通常所稱的ICP 型壓電加速度計(jì)。壓電傳感器換能器輸出的電荷通過裝在傳感器內(nèi)部的前置放大器轉(zhuǎn)換成低阻抗的電壓輸出。IEPE 型傳感器通常為二線輸出形式，即采用恒電流電壓源供電；直流供電和信號使用同一根線。通常直流電部分在恒電流電源的輸出端通過高通濾波器濾去。IEPE 型傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是測量信號質(zhì)量好、噪聲小、抗外界干擾能力強(qiáng)和遠(yuǎn)距離測量，特別是新型的數(shù)采系統(tǒng)很多已配備恒流電壓源，因此，IEPE 傳感器能與數(shù)采系統(tǒng)直接相連而不需要任何其它二次儀表。在振動測試中IEPE 傳感器已逐漸取代傳統(tǒng)的電荷輸出型壓電加速度計(jì)。 ? 傳感器的靈敏度，量程和頻率范圍的選擇　　壓電型式的加速度計(jì)是振動測試的最主要傳感器。雖然壓電型加速度計(jì)的測量范圍寬，但因市場上此類加速度計(jì)品種繁多，所以給正確的選用帶來一定的難度。作為選用振動傳感器的一般原則：正確的選用應(yīng)該基于對測量信號以下三方面的分析和估算。 o 被測振動量的大小 o 被測振動信號的頻率范圍 o 振動測試現(xiàn)場環(huán)境以下將針對上述三個方面并參照傳感器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對具體的選用作進(jìn)一步地討論根據(jù)被測振動量的大小加速度測量范圍與靈敏度的選擇 ? 傳感器的靈敏度與量程范圍　　傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一。靈敏度的大小直接影響到傳感器對振動信號的測量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測量振動的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動其振動量的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振動位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振動當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2 (40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測量量程范圍，但對用于測量高低兩端頻率的振動信號，選擇加速度傳感器靈敏度時應(yīng)對信號有充分的估計(jì)。最常用的振動測量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50~100 mV/g，電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。　　加速度值傳感器的測量量程范圍是指傳感器在一定的非線性誤差范圍內(nèi)所能測量的最大測量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其測量范圍越小，反之靈敏度越小則測量范圍越大。　　IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定，最大輸出電壓量值一般都為±5V。通過換算就可得到傳感器的最大量程，即等于最大輸出電壓與靈敏度的比值。需要指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性誤差大小影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)指標(biāo)給出的量程電壓時，傳感器的最大輸出信號就會發(fā)生畸變。因此IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻測量也可能會使信號失真；這種現(xiàn)象在高低溫測量時需要特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)定時，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而造成測量信號忽大忽小。　　而電荷輸出型測量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過實(shí)驗(yàn)來確定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。同時因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號，結(jié)果使諧振波疊加在被測信號上造成信號失真輸出。因此在最大測量范圍選擇時，也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號不產(chǎn)生失真。　　加速度傳感器靈敏度的標(biāo)定方法通常采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率（通常為159 Hz 或80 Hz）振動的輸出與標(biāo)準(zhǔn)傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對沖擊傳感器的靈敏度則通過測量被校傳感器對一系列不同沖擊加速度值的輸出響應(yīng)，獲得傳感器在其測量范圍內(nèi)輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，再通過數(shù)值計(jì)算獲得與各點(diǎn)之間差值最小的直線，而這直線的斜率即是傳感器的沖擊靈敏度。　　沖擊傳感器的非線性誤差可以有兩種方法表示：全量程偏差或按分段量程的線性誤差。前者是指傳感器的全量程輸出為基準(zhǔn)的誤差百分?jǐn)?shù)，即無論測量值得大小其誤差均為按全量程百分?jǐn)?shù)計(jì)算而得的誤差值。按分段量程的線性誤差其計(jì)算方法與全量程偏差相同，但基準(zhǔn)不用全量程而是以分段量程來計(jì)算誤差值。例如量程為20000g 的傳感器，如全量程偏差為1% ，其線性誤差在全量程內(nèi)為200g；但當(dāng)傳感器按分段量程5000g ，10000g ，20000g 來衡量其線性誤差，其誤差仍為1% 時，則傳感器在不同的3個量程段內(nèi)線性誤差則分別為50g ，100g ，200g。 ? 傳感器的測量頻率范圍　　傳感器的頻率測量范圍是指傳感器在規(guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)（±5%, ±10%, ±3dB）傳感器所能測量的頻率范圍。頻率范圍的高，低限分別稱為高，低頻截至頻率。截至頻率與誤差直接相關(guān)，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則，傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電參數(shù)所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，反之用于低頻測量的高靈敏度傳感器相對來說則一定體積大和重量重。 o 傳感器的高頻測量范圍　　傳感器的高頻測量指標(biāo)通常由高頻截止頻率來確定，而一定截止頻率與對應(yīng)的幅值誤差相聯(lián)系；所以傳感器選用時不能只看截至頻率，必須了解對應(yīng)的幅值誤差值。傳感器的頻率幅值誤差小不僅是測量精度提高，更重要的是體現(xiàn)了傳感器制造過程中控制安裝精度偏差地能力。另外由于測量對象的振動信號頻率帶較寬，或傳感器的固有諧振頻率不夠高，因而被激發(fā)的諧振信號波可能會疊加在測量頻帶內(nèi)的信號上，造成較大的測量誤差。所以在選擇傳感器的高頻測量范圍時除高頻截至頻率外，還應(yīng)考慮諧振頻率對測量信號的影響；當(dāng)然這種測量頻段外的信號也可通過在測量系統(tǒng)中濾波器給予消除。　　一般情況下傳感器的高頻截止頻與輸出信號的形式（即電荷型或低阻電壓型）無關(guān)；而與傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造以及安裝形式和安裝質(zhì)量都密切相關(guān)。以下表格是對不同型式加速度傳感器的高頻響應(yīng)作一個定性的歸類，供用戶在選用時對比和參考。高頻響應(yīng) 外形, 重量和靈敏度敏感芯體形式總體設(shè)計(jì) 安裝形式最好體積小, 重量輕, 低靈敏度壓縮型單層殼通用型螺釘安裝好通用型剪切型單層殼帶絕緣座吸鐵, 粘接差個大, 體重, 高靈敏度彎曲梁形式雙層屏蔽殼手持對加速度傳感器的高頻測量應(yīng)用請參考應(yīng)用-〉高頻測量 o 傳感器的低頻測量范圍　　與傳感器高頻指標(biāo)相對應(yīng)，傳感器的低頻測量指標(biāo)通常由低頻截止頻率來確定，同樣一定低頻截止頻率與對應(yīng)的幅值誤差相關(guān)。和高頻特性不同，傳感器的低頻特性與傳感器的任何機(jī)械參數(shù)無關(guān)，而僅取決于傳感器的電特性參數(shù)。當(dāng)然傳感器作為測量系統(tǒng)的某一部分，測量信號的低頻特性還將受到與傳感器配用的后繼儀器電參數(shù)的制約。根據(jù)輸出信號的不同形式，以下將對電荷輸出和低阻電壓輸出加速度傳感器分別給與討論。　　盡管電荷型輸出加速度傳感器列出低頻截止頻率，但一般都給予指出測量信號的低頻特性由后繼電荷放大器確定。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電荷型傳感器的芯體絕緣阻抗遠(yuǎn)大于電荷放大器輸入端的輸入阻抗時，由傳感器和電荷放大器組成的測量系統(tǒng)其低頻截至頻率應(yīng)該由電荷放大器的低頻特性所決定。但是如果傳感器的芯體絕緣阻抗下降，此時傳感器則可能影響整個測量系統(tǒng)的低頻特性。因此保證芯體的絕緣阻抗對電荷輸出型加速度傳感器的低頻測量非常重要。　　對于IEPE 傳感器配用的恒流電壓源，其通常的低頻截至頻率為0.1 Hz (-5%)。因此一般情況下測量系統(tǒng)的低頻特性是由傳感器的低頻截至頻率所決定。通用型傳感器的低頻截止頻率大多為0.5 Hz~1 Hz, 專門用于低頻測量的傳感器低頻截至頻率可擴(kuò)展到0.1 Hz。由于傳感器的低頻校驗(yàn)比較困難，所以制造廠商一般只提供10 Hz以上的測試數(shù)據(jù)。但傳感器的低頻特性與一階高通濾波器非常吻合，所以用戶可以通過實(shí)測時間常數(shù)來檢查傳感器的實(shí)際低頻響應(yīng)。對加速度傳感器的低頻測量應(yīng)用請參考應(yīng)用-〉低頻測量用IEPE 型壓電型加速度傳感器測量甚低頻加速度信號還需要注意的問題有： ? 當(dāng)傳感器和恒流電壓源交流耦合的低頻截至頻率相當(dāng)時，測量系統(tǒng)的低頻特性是由傳感器和恒流電壓源的各自低頻響應(yīng)組合而成，此時測量系統(tǒng)的低頻截止頻率要高于傳感器或恒流電壓源各自的低頻截止頻率。理想的測量系統(tǒng)傳感器應(yīng)配用帶直流平衡的恒流電壓源，這樣系統(tǒng)的低頻響應(yīng)將完全取決于傳感器的低頻截至頻率。 ? 當(dāng)傳感器用于甚低頻測量時，能否準(zhǔn)確測量低頻信號并不完全決定與系統(tǒng)的低頻響應(yīng)特性，系統(tǒng)的低頻電噪聲大小也將直接影響低頻信號的測量。另外傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)大小也將直接影響傳感器的低頻測量。 ? 傳感器的整體封裝設(shè)計(jì)與電纜 o 傳感器的封裝形式　　壓電式傳感器的工作原理是利用敏感芯體的壓電效應(yīng)，而壓電材料產(chǎn)生的是高阻抗的電荷信號。傳感器敏感芯體的絕緣阻抗與傳感器的低頻測量截止頻率存在著相互對應(yīng)的關(guān)系。為了保證傳感器的低頻響應(yīng)，傳感器殼體封裝設(shè)計(jì)應(yīng)使敏感芯體與外界隔絕，以防止壓電陶瓷受到任何污染而導(dǎo)致其絕緣阻抗下降。敏感芯體絕緣阻抗下降對傳感器性能造成的直接影響表現(xiàn)為低頻響應(yīng)變差，嚴(yán)重時還將造成傳感器靈敏度改變。為保證傳感器的密封特性，大多傳感器的封裝采用激光焊接。同時在當(dāng)今密封材料品種多樣，性能日益完善的情況下，針對不同的使用環(huán)境，采用合適的密封材料替代激光焊接也能達(dá)到傳感器密封的要求。但必須指出不同的密封材料效果差異很大。北智公司采用國外知名憑牌的密封材料并經(jīng)過通過了多年的環(huán)境厲行試驗(yàn)驗(yàn)證。　　在工業(yè)現(xiàn)場測試現(xiàn)場，為防止電磁場對傳感器信號的影響，對用于工業(yè)現(xiàn)場的在線監(jiān)測傳感器往往要求傳感器采用雙重屏蔽殼封裝形式。雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的傳感器輸出接頭一般采用雙芯工業(yè)接頭或聯(lián)體電纜輸出形式。由于雙層屏蔽殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和雙芯輸出電纜，傳感器的高頻特性一般將受到較大的制約，因此如果用戶必須選用雙層屏蔽型傳感器進(jìn)行高頻振動信號測量，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。 o 傳感器輸出接頭形式　　M5 (M6) 接頭是加速度傳感器最為常用的輸出接頭形式。M5接頭特點(diǎn)是尺寸較小，一般配用直徑較細(xì)的電纜 (2mm 或 3mm )，比較適合振動實(shí)驗(yàn)的測試。另外M5 (M6) 的結(jié)構(gòu)型式對信號屏蔽較好，所以對電荷輸出型加速度傳感器因其輸出為較容易受干擾的高阻抗信號一般均采用M5 (M6) 接頭。測量振動的加速度傳感器接頭一般避免使用Q9 (BNC), 原因是Q9 (BNC),接頭組件沒有螺紋聯(lián)接，構(gòu)件之間的機(jī)械耦合剛度較低；因此如果加速度傳感器輸出采用Q9(BNC),，其將會影響傳感器的高頻響應(yīng)。　　用于工業(yè)環(huán)境下的振動測量加速度傳感器按可分為巡回檢測和在線監(jiān)測，前者一般采用單層殼屏蔽型式，因此傳感器的接頭較多使用M6 或TNC接頭。而在線監(jiān)測因經(jīng)常采用雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)型式，與其對應(yīng)的電纜為雙芯屏蔽電纜，所以雙芯工業(yè)接頭如M12, M16 以及C5015均被廣泛使用。另外連體電纜具有較高的可靠性，因此在工業(yè)環(huán)境下使用的傳感器無論是單層和雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)都廣泛采用連體電纜為輸出接頭的形式。需要指出的是無論是那一種輸出接頭對水下測量都有其局限性，即使傳感器本身密封性能達(dá)到要求，但電纜聯(lián)接一般都需要做特殊處理后才能用于水下測量。 o 電纜的選擇　　對輸出為高阻抗信號的電荷型壓電型傳感器而言，為保證測量信號不受因電纜移動而造成噪聲的影響，傳感器的輸出信號電纜一般都采用低噪聲電纜。而輸出為低阻抗電壓信號的IEPE 傳感器，低噪聲電纜并不一定是必需的。高頻，低頻信號對電纜不同要求的典型的例子是多軸向測量傳感器的電纜，多通道高阻抗信號的電纜必須是各自獨(dú)立的低噪聲屏蔽電纜，而多通道低阻抗的電壓信號便可采用多芯絞線加屏蔽的電纜。　　在通用型傳感器的電纜配備中因考慮到電纜的重量和成本，Φ2 mm 直徑的低噪聲電纜為加速度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)配置。工業(yè)現(xiàn)場用的傳感器一般以IEPE 型為主，電纜本身的強(qiáng)度也成為重要考慮因素，因此Φ3 mm 直徑的低噪聲電纜和Φ4.5 mm 直徑的普通同軸屏蔽電纜成為最長使用的電纜。而對雙層屏蔽殼設(shè)計(jì)的IEPE 型傳感器的電纜配置均為雙絞芯線外加屏蔽的電纜。　　在加速度傳感器輸出信號電纜的選擇中，除電纜結(jié)構(gòu)外，其他最經(jīng)常考慮的指標(biāo)是電纜的應(yīng)用溫度以及在工業(yè)現(xiàn)場測試中電纜外層材料耐腐蝕的能力。最為普遍使用的電纜絕緣材料為PVC, 使用溫度范圍為-40oC 到+105oC 。對應(yīng)用環(huán)境較惡劣的場合，最經(jīng)常選用的電纜絕緣材料為聚四氟乙烯；其使用溫度范圍為-45oC 到+250oC，且耐腐蝕能力也優(yōu)于其它大多數(shù)電纜絕緣材料。但用四氟材料做的電纜柔性較差，價格也遠(yuǎn)高于PVC 材料。 ? 外界環(huán)境對測量傳感器的影響 o 傳感器橫向靈敏度及橫向振動對測量的影響　　由于壓電材料自身特性，敏感芯體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造精度偏差使傳感器不可避免地對橫向振動產(chǎn)生輸出信號，其大小由橫向輸出和垂直方向輸出的比值百分?jǐn)?shù)來表示。　　根據(jù)不同敏感芯體結(jié)構(gòu)和材料特性的組合，壓縮型結(jié)構(gòu)在理論上便存在橫向輸出，需要通過裝配調(diào)節(jié)的方式給予抵消，而在實(shí)際制造過程中很難實(shí)現(xiàn)真正的抵消，因此壓縮型加速度傳感器的橫向靈敏度的離散度很大。與壓縮型相比剪切型設(shè)計(jì)在理論上不存在橫向輸出，傳感器的實(shí)際橫向輸出一般是由材料加工和裝配精度所引起的誤差。所以從這兩種敏感芯體的實(shí)際對比結(jié)果來看，剪切型壓電加速度傳感器的橫向靈敏度普遍優(yōu)于壓縮型式。而敏感芯體為彎曲梁結(jié)構(gòu)形式的橫向靈敏度一般說介于剪切型和壓縮型之間。根據(jù)敏感芯體的結(jié)構(gòu)特性，在其受橫向振動時與垂直方向振動一樣，也有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)。所以橫向振動也同樣可能在某一頻率點(diǎn)產(chǎn)生諧振，以至產(chǎn)生較大的橫向振動偏差。 o 溫度對傳感器輸出的影響　　溫度改變而引起傳感器輸出變化是由壓電材料（敏感芯體）特性所造成的。根據(jù)壓電材料的分類，石英晶體受溫度影響最小，而人工合成晶體的使用溫度甚至高于石英；但在商業(yè)化的壓電加速度傳感器中最多使用的壓電材料還是壓電陶瓷。壓電陶瓷敏感芯體的輸出高溫時隨溫度上升而增大，低溫時隨溫度降低而減小；但傳感器輸出與溫度間并不呈線性變化，一般說低溫時的輸出變化比高溫時的要大。另因?yàn)楦鱾鞲衅鞯臏囟软憫?yīng)很難保持一致，所以實(shí)際使用中傳感器的輸出一般很少用溫度系數(shù)進(jìn)行修正。典型溫度響應(yīng)曲線或溫度系數(shù)一般只作為對傳感器溫度特性的衡量。壓電陶瓷對溫度響應(yīng)除材料本身特性之外，生產(chǎn)工藝也將直接影響壓電材料對溫度的響應(yīng)，而同種材料對溫度響應(yīng)的離散度更是如此。同樣是鋯鈦酸鉛材料，不同的廠商由于采用不同的生產(chǎn)工藝，使得相同材料的壓電陶瓷而其各自的使用溫度范圍，溫度響應(yīng)和溫度響應(yīng)的離散度相差甚大。綜合對壓電材料的基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)加工工藝，目前國內(nèi)壓電陶瓷的溫度特性與國外先進(jìn)水準(zhǔn)相比還有一定差距；為確保用戶對傳感器的特殊要求，北智采用進(jìn)口壓電陶瓷，使傳感器的高溫使用溫度可在 +250oC 下長期使用，而且溫度響應(yīng)及其離散度都好于國產(chǎn)壓電陶瓷。　　不同的敏感芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對溫度的變化的響應(yīng)會產(chǎn)生不同的結(jié)果。由于不同材料有不同的線膨脹系數(shù)，因此溫度變化必然使壓電材料和金屬配件之間產(chǎn)生因線膨脹系數(shù)不同而造成的應(yīng)力變化；這種由溫度產(chǎn)生的應(yīng)力使壓縮式和彎曲梁型的敏感芯體產(chǎn)生輸出信號，有時這種溫度變化引起的輸出會大于振動測量信號（特別在低頻測量中）。需要特別指出溫度變化有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩種，傳感器輸出靈敏度隨溫度變化通常是指穩(wěn)態(tài)高低溫度狀態(tài)對信號輸出的影響。瞬態(tài)溫度變化對傳感器輸出的影響主要表現(xiàn)在低頻測量中，請參看應(yīng)用〉低頻測量 o 傳感器的基座應(yīng)變靈敏度　　傳感器受被測物體在傳感器安裝處應(yīng)變的影響，可能導(dǎo)致傳感器輸出的變化。傳感器的基座應(yīng)變靈敏度一般由傳感器基座剛度，傳感器與被測件的接觸面積以及敏感芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式所決定。剪切結(jié)構(gòu)形式的敏感芯體與傳感器基座間的接觸面積很小，因而剪切芯體受基座應(yīng)變的作用也相對較小，且這種應(yīng)變并不直接導(dǎo)致壓電陶瓷的輸出。所以剪切敏感芯體傳感器的基座應(yīng)變靈敏度指標(biāo)通常比壓縮式的要好，在無需改變傳感器的基座剛度以及與被測件的接觸面積情況下（改變這兩點(diǎn)都將影響傳感器的頻率響應(yīng)指標(biāo)），剪切型傳感器一般都能滿足大部分結(jié)構(gòu)測量的要求。 o 聲場和磁場對傳感器的影響　　聲波和磁場對傳感器的作用也都可能引起信號輸出，這種輸出的大小與傳感器靈敏度的比值被稱作為壓電傳感器的聲靈敏度和磁靈敏度。　　聲靈敏度是表示傳感器在強(qiáng)聲場（140dB）的作用下，加速度傳感器的輸出值。加速度信號輸出主要是聲波通過對傳感器外殼體的作用，再由外殼體傳輸給內(nèi)部的敏感芯體而導(dǎo)致的信號輸出。最直接減小傳感器聲靈敏度的方法是增加傳感器外殼的厚度，絕大多數(shù)傳感器的這一指標(biāo)都能滿足通常的測量條件。　　磁靈敏度是表示傳感器在強(qiáng)交變磁場作用下，加速度傳感器的輸出值。傳感器內(nèi)部敏感芯體受磁力的作用而導(dǎo)致信號輸出是傳感器產(chǎn)生磁靈敏度的基本原因。因此在傳感器設(shè)計(jì)中，金屬零部件盡量采用無磁或弱磁的材料是降低傳感器磁靈敏度最直接的措施。另外雙層屏蔽殼結(jié)構(gòu)形式也能較好地減小傳感器的磁靈敏度，同時雙層屏蔽殼形式還能有效地防止磁場對輸出電信號的干擾。來自：http://www.gkong.com/learn/learn_detail.asp?learn_id=1299

作者: csxfjsw123 時間: 2007-5-2 09:29
標(biāo)題: 傳感器的分類（轉(zhuǎn)貼）
傳感器的分類（轉(zhuǎn)貼）
　　　　
目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：
　　１、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器
　　２、按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。
　　３、按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“１”和"０”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。
　　
三、傳感器的靜態(tài)特性
　　　　
　　傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。
　　
四、傳感器的動態(tài)特性
　　　　
　　所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。
　　
五、傳感器的線性度
　　　　
　　通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標(biāo)。
　　擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。
　　
六、傳感器的靈敏度
　　　　
　　靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。
　　
　　它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。
　　靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。
　　當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。
　　提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。
　　
七、傳感器的分辨力
　　　　
　　分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。
　　通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。
　　
八、電阻式傳感器
　　
　　電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。
　　
九、電阻應(yīng)變式傳感器
　　
　　傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。
　　
十、壓阻式傳感器
　　
　　壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。
　　
　　用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。
　　
十一、熱電阻傳感器
　　
　　熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。
　　
十二、傳感器的遲滯特性
　　　　
　　遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程間輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。
　　
　　遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。

作者: nbuyqf 時間: 2007-7-24 13:37
這對稱重傳感器的人員來說是非常全面和詳細(xì)的資料

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