如何選擇合適的傳感器 傳感器選擇指南

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據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球傳感器已有3萬(wàn)種之多

這么多傳感器，在設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)之前，如何在海量傳感器中選出合適的呢?小編為您奉上一份NI出品的傳感器選擇指南技術(shù)白皮書，指南中對(duì)七種常見(jiàn)的傳感器——溫度、應(yīng)變、聲音、振動(dòng)、位移和位置、壓力、力進(jìn)行比較分析，幫您快速選出合適的傳感器。

小編先摘取部分內(nèi)容與大家分享，拉到文末可按照提示獲取傳感器選擇指南技術(shù)白皮書。

1 溫度

最常見(jiàn)的溫度測(cè)量傳感器是熱電偶、熱敏電阻和RTD。

熱電偶

熱電偶是最流行的溫度傳感器，在需要較大溫度范圍的應(yīng)用中非常有效。此類傳感器價(jià)格便宜(1到50美元)，響應(yīng)時(shí)間不足一秒。但是，由于材料屬性的影響，其溫度精度很難低于1°C。

RTD

RTD幾乎和熱電偶一樣備受歡迎，可以在數(shù)年內(nèi)保持穩(wěn)定的溫度讀數(shù)。與熱電偶相比，RTD的溫度范圍較小(-200至500°C)、需要電流激勵(lì)且響應(yīng)速度較慢(2.5至10秒)。RTD主要用于非時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用中的精確溫度測(cè)量(±1.9%)。RTD的價(jià)格在25美元到1000美元之間。熱敏電阻與前面的傳感器相比，熱敏電阻具有更小的溫度范圍(-90到130 °C)。其精度最高(±.05 °C)，但不如熱電偶或RTD堅(jiān)固耐用。

熱敏電阻

與RTD一樣需要進(jìn)行激勵(lì);但是，熱敏電阻需要的是電壓激勵(lì)而不是電流激勵(lì)。一般來(lái)說(shuō)，熱敏電阻的價(jià)格在2美元到10美元之間。

傳感器安排好了，如何將測(cè)量到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息呢?且看NI的數(shù)據(jù)處理能手——CompactDAQ，CompactDAQ可連接到各種傳感器和總線，并支持溫度、電壓、電阻、音頻等的測(cè)量。

此外，再推薦一下NI高性價(jià)比數(shù)據(jù)采集設(shè)備，指的是NI高性價(jià)比USB多功能I/O設(shè)備、FlexLoggerTM。NI高性價(jià)比USB多功能I/O設(shè)備以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的價(jià)格提供了高質(zhì)量測(cè)量。FlexLoggerTM是一款可快速配置傳感器和記錄混合信號(hào)數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件，用于驗(yàn)證機(jī)電系統(tǒng)，而且完全無(wú)需編程。

2 應(yīng)變

應(yīng)變通常通過(guò)電阻應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量。這些扁平的電阻器通常會(huì)連接到一個(gè)預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生屈伸或彎曲的表面，例如飛機(jī)機(jī)翼。應(yīng)變計(jì)可以測(cè)量非常小的表面扭曲、彎曲和拉伸。將多個(gè)電阻式應(yīng)變計(jì)連接在一起可以形成一個(gè)電橋。

使用的應(yīng)變計(jì)越多，測(cè)量的敏感度就越高。例如，您可以使用最多四個(gè)有源應(yīng)變計(jì)構(gòu)建一個(gè)采用全橋配置的惠斯通電橋電路。您也可以選擇使用半橋(兩個(gè)有源應(yīng)變計(jì))和1/4橋(一個(gè)有源應(yīng)變計(jì))配置。所使用的有源應(yīng)變計(jì)越多，讀數(shù)的準(zhǔn)確度就越高。表2突出顯示了不同電橋的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

應(yīng)變計(jì)需要電流或電壓激勵(lì)，并且容易受溫度漂移、彎曲應(yīng)變和軸向應(yīng)變的影響，如果不使用額外的電阻式應(yīng)變計(jì)，就可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的讀數(shù)。常見(jiàn)的應(yīng)變計(jì)安裝方法見(jiàn)表2(見(jiàn)完整版文檔)。

軸向橋可測(cè)量材料的兩側(cè)拉伸或拉開。

彎曲橋在材料的一側(cè)測(cè)量拉伸，在另一側(cè)測(cè)量收縮。

扭轉(zhuǎn)和剪切橋可測(cè)量材料的扭曲。

3 聲音

麥克風(fēng)可測(cè)量聲音。在選擇傳感器時(shí)，有多種類型的麥克風(fēng)可供考慮。

電容式麥克風(fēng)

電容式麥克風(fēng)是最常見(jiàn)的麥克風(fēng)，它可以是預(yù)極化的(也就是說(shuō)麥克風(fēng)內(nèi)包含電源)，也可以是外部極化的。外部極化電容式麥克風(fēng)需要額外的電源，成本更高。在潮濕的環(huán)境中，電源組件可能會(huì)損壞，因此最好使用預(yù)極化麥克風(fēng);在高溫環(huán)境中，最好使用外部極化電容式麥克風(fēng)。

壓電式麥克風(fēng)

強(qiáng)大的壓電式麥克風(fēng)適用于沖擊和爆炸壓力測(cè)量應(yīng)用。此類耐用的麥克風(fēng)可以測(cè)量高振幅(分貝)的壓力范圍。缺點(diǎn)是噪音水平較高。

動(dòng)態(tài)/磁性麥克風(fēng)

除了壓電式麥克風(fēng)，動(dòng)態(tài)或磁性麥克風(fēng)也可在惡劣環(huán)境中使用。它們依靠運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)電荷進(jìn)行磁感應(yīng)，具備較強(qiáng)的耐水性，但顯然，此類麥克風(fēng)在高磁性環(huán)境中并不是很實(shí)用。

4 振動(dòng)

壓電式陶瓷傳感器或加速度計(jì)在測(cè)量振動(dòng)或加速度時(shí)，最常使用的是壓電式陶瓷傳感器或加速度計(jì)。

區(qū)分振動(dòng)傳感器的三個(gè)主要因素：固有頻率、阻尼系數(shù)和比例因子。比例因子代表了輸出與加速度輸入之間的關(guān)系，與靈敏度有關(guān)。固有頻率和阻尼系數(shù)則共同決定了振動(dòng)傳感器的準(zhǔn)確度。在一個(gè)由彈簧及其所連接的固定塊組成的系統(tǒng)中，如果將固定塊拉離平衡點(diǎn)，然后釋放，固定塊將在平衡點(diǎn)的兩側(cè)來(lái)回振動(dòng)，直至停止。使固定塊最終停止運(yùn)動(dòng)的摩擦力取決于阻尼系數(shù)，固定塊前后振動(dòng)的速率則為固有頻率。

壓電式陶瓷振動(dòng)傳感器的用途非常廣泛，因此是最常用的傳感器。此類振動(dòng)傳感器可用于沖擊測(cè)量(爆炸和故障測(cè)試)、高頻測(cè)量和慢速低頻振動(dòng)測(cè)量。它們具有高于平均值的固有頻率。但是，這種傳感器的輸出通常在毫伏范圍內(nèi)，而且需要使用輸入阻抗較高的低噪探測(cè)器來(lái)解釋壓電晶體的電壓。

接近式探頭和LVDT

接近式探頭與LVDT類似：二者均局限于穩(wěn)態(tài)加速度或低頻振動(dòng)測(cè)量;但是，LVDT振動(dòng)傳感器的固有頻率略高，這意味著它可以處理/檢測(cè)更劇烈的振動(dòng)。接近式探頭只是一個(gè)由彈簧和固定塊組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，固定在電位器動(dòng)臂上。

5 位置&位移選擇

位置傳感器時(shí)的驅(qū)動(dòng)因素包括激勵(lì)、濾波、環(huán)境，以及測(cè)量距離的條件是直線方向上無(wú)遮擋物還是直接的物理連接。雖然我們應(yīng)盡量選用契合需求的傳感器，但實(shí)際上并沒(méi)有萬(wàn)能的傳感器類型，正如壓力和力的測(cè)量一樣。由于位置傳感器的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，因此偏好和應(yīng)用這兩個(gè)因素都會(huì)影響此決策。

此處，還有霍爾效應(yīng)傳感器、電位器、光電編碼器等的詳細(xì)介紹，見(jiàn)完整版?zhèn)鞲衅鬟x擇指南技術(shù)白皮書。

6 壓力

壓力的大小是相對(duì)而言的，這一點(diǎn)和溫度類似。房間里可能很熱，但是房間里的溫度和太陽(yáng)表面的溫度相比根本不算什么。對(duì)于壓力而言，比較是測(cè)量的基礎(chǔ)。

7 力

原文標(biāo)題：選傳感器很糾結(jié)?這里有份傳感器選擇指南

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審核編輯：湯梓紅