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構形式 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計與電纜 外界環境對測量傳感器的影響 工程振動量值的物理參數常用位移、速度和加速度來表示。由于在通常的頻率范圍內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換，所以在實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是信號的頻率。絕大多數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的考核也是根據傳感器在其規定的頻率范圍內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為具有測量頻率范圍寬、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 壓電式傳感器是利用彈簧質量系統原理。敏感芯體質量受振動加速度作用后產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范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產生電荷信號不需要任何外界電源等特點，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構簡單，商業化使用歷史也很長，但因其性能指標與材料特性、設計和加工工藝密切相關，因此在市場上銷售的同類傳感器性能的實際參數以及其穩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 應變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導體材料制成電阻測量電橋，其結構動態模型仍然是彈簧質量系統。現代微加工制造技術的發展使壓阻形式敏感芯體的設計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。超小型化的設計也是壓阻式傳感器的一個亮點。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體的設計和應用具有很大靈活性，但對某個特定設計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是受溫度的影響較大，實用的傳感器一般都需要進行溫度補償。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構形式一般也采用彈簧質量系統。當質量受加速度作用運動而改變質量塊與固定電極之間的間隙進而使電容值變化。電容式加速度計與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應、環境適應性好等特點，尤其是受溫度的影響比較小；但不足之處表現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。在實際應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構形式 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。在壓電型加速度計的最常用的壓電晶體為石英，其特點為工作溫度范圍寬，性能穩定，因此在實際應用中經常被用作標準傳感器的壓電材料。由于石英的壓電系數比其他壓電材料低得多，因此對通用型壓電加速度計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中最經常使用的壓電材料。其特點為具有較高的壓電系數和居里點，各項機電參數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相差甚大。這種現象可以通過典型的國產傳感器和進口傳感器的比較得以反映，國內振動測試業幾十年的經驗對此深有體會。 o 傳感器敏感芯體的結構形式 壓電加速度傳感器的敏感芯體一般由壓電材料和附加質量塊組成，當質量塊受到加速度作用后便轉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力也可以是剪應力，壓電材料產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。根據壓電材料不同的受力方法，常用傳感器敏感芯體的結構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生電荷的結構形式。壓縮式敏感芯體是加速度傳感器中最為傳統的結構形式。其特點是制造簡單方便，能產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生電荷的結構形式。從理論上分析在剪切力作用下壓電材料產生的電荷信號受外界干擾的影響甚小，因此剪切結構形式成為最為廣泛使用的加速度傳感器敏感芯體。然而在實際制造過程中，確保剪切敏感芯體的加速度計持有較高和穩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節。北智BW-Sensor 采用進口記憶金屬材料的緊固件從而保證傳感器具有穩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生電荷的結構形式。彎曲變形梁結構可產生比較大的電荷輸出信號，也較容易實現控制阻尼；但因為其測量頻率范圍低，更由于此結構不能排除因溫度變化而極容易產生的信號漂移，所以此結構在壓電型加速度計的設計中很少被采用。 ? 壓電式加速度傳感器的信號輸出形式 o 電荷輸出型 傳統的壓電加速度計通過內部敏感芯體輸出一個與加速度成正比的電荷信號。實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，所以高溫環境下的測量一般還是使用電荷輸出型。北智BW-Sensor采用進口陶瓷的加速度計可在溫度-40oC~250oC 范圍內長期使用。 o 低阻抗電壓輸出型（IEPE） IEPE 型壓電加速度計即通常所稱的ICP 型壓電加速度計。壓電傳感器換能器輸出的電荷通過裝在傳感器內部的前置放大器轉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 型傳感器的最大優點是測量信號質量好、噪聲小、抗外界干擾能力強和遠距離測量，特別是新型的數采系統很多已配備恒流電壓源，因此，IEPE 傳感器能與數采系統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的電荷輸出型壓電加速度計。 ? 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是振動測試的最主要傳感器。雖然壓電型加速度計的測量范圍寬，但因市場上此類加速度計品種繁多，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 振動測試現場環境 以下將針對上述三個方面并參照傳感器的相關技術指標對具體的選用作進一步地討論 根據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，傳感器的靈敏度應根據被測振動量（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。大型結構的低頻振動其振動量的加速度值可能會相當小，例如當振動位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振動當位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達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對信號有充分的估計。最常用的振動測量壓電式加速度計靈敏度，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。當供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術指標給出的量程電壓時，傳感器的最大輸出信號就會發生畸變。因此IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩定與否不僅影響到低頻測量也可能會使信號失真；這種現象在高低溫測量時需要特別注意，當傳感器的內置電路在非室溫條件下不穩定時，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械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機械彈性區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，其值大多需通過實驗來確定。一般情況下當傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。同時因質量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發傳感器敏感芯體的諧振信號，結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生。同時在量程上應有足夠的安全空間以保證信號不產生失真。 加速度傳感器靈敏度的標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）振動的輸出與標準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，獲得傳感器在其測量范圍內輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對應關系，再通過數值計算獲得與各點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的誤差百分數，即無論測量值得大小其誤差均為按全量程百分數計算而得的誤差值。按分段量程的線性誤差其計算方法與全量程偏差相同，但基準不用全量程而是以分段量程來計算誤差值。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為200g；但當傳感器按分段量程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定的頻率響應幅值誤差內（±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，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則，傳感器的高頻響應取決于傳感器的機械特性，而低頻響應則由傳感器和后繼電路的綜合電參數所決定。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通常由高頻截止頻率來確定，而一定截止頻率與對應的幅值誤差相聯系；所以傳感器選用時不能只看截至頻率，必須了解對應的幅值誤差值。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，因而被激發的諧振信號波可能會疊加在測量頻帶內的信號上，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，還應考慮諧振頻率對測量信號的影響；當然這種測量頻段外的信號也可通過在測量系統中濾波器給予消除。 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；而與傳感器的結構設計，制造以及安裝形式和安裝質量都密切相關。以下表格是對不同型式加速度傳感器的高頻響應作一個定性的歸類，供用戶在選用時對比和參考。 高頻響應 外形, 重量和靈敏度 敏感芯體形式 總體設計 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用請參考應用-〉高頻測量 o 傳感器的低頻測量范圍 與傳感器高頻指標相對應，傳感器的低頻測量指標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的幅值誤差相關。和高頻特性不同，傳感器的低頻特性與傳感器的任何機械參數無關，而僅取決于傳感器的電特性參數。當然傳感器作為測量系統的某一部分，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的制約。根據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。在實際應用中，當電荷型傳感器的芯體絕緣阻抗遠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其低頻截至頻率應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展到0.1 Hz。由于傳感器的低頻校驗比較困難，所以制造廠商一般只提供10 Hz以上的測試數據。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測時間常數來檢查傳感器的實際低頻響應。 對加速度傳感器的低頻測量應用請參考應用-〉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： ? 當傳感器和恒流電壓源交流耦合的低頻截至頻率相當時，測量系統的低頻特性是由傳感器和恒流電壓源的各自低頻響應組合而成，此時測量系統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。理想的測量系統傳感器應配用帶直流平衡的恒流電壓源，這樣系統的低頻響應將完全取決于傳感器的低頻截至頻率。 ? 當傳感器用于甚低頻測量時，能否準確測量低頻信號并不完全決定與系統的低頻響應特性，系統的低頻電噪聲大小也將直接影響低頻信號的測量。另外傳感器的瞬態溫度響應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計與電纜 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，而壓電材料產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的關系。為了保證傳感器的低頻響應，傳感器殼體封裝設計應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為低頻響應變差，嚴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，針對不同的使用環境，采用合適的密封材料替代激光焊接也能達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過通過了多年的環境厲行試驗驗證。 在工業現場測試現場，為防止電磁場對傳感器信號的影響，對用于工業現場的在線監測傳感器往往要求傳感器采用雙重屏蔽殼封裝形式。雙層屏蔽結構的傳感器輸出接頭一般采用雙芯工業接頭或聯體電纜輸出形式。由于雙層屏蔽殼的結構特點和雙芯輸出電纜，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行高頻振動信號測量，應謹慎考慮。 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接頭特點是尺寸較小，一般配用直徑較細的電纜 (2mm 或 3mm )，比較適合振動實驗的測試。另外M5 (M6) 的結構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接，構件之間的機械耦合剛度較低；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。 用于工業環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。而在線監測因經常采用雙層屏蔽的結構型式，與其對應的電纜為雙芯屏蔽電纜，所以雙芯工業接頭如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，因此在工業環境下使用的傳感器無論是單層和雙層屏蔽的結構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到要求，但電纜聯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準配置。工業現場用的傳感器一般以IEPE 型為主，電纜本身的強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。而對雙層屏蔽殼設計的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，除電纜結構外，其他最經常考慮的指標是電纜的應用溫度以及在工業現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 。對應用環境較惡劣的場合，最經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，且耐腐蝕能力也優于其它大多數電纜絕緣材料。但用四氟材料做的電纜柔性較差，價格也遠高于PVC 材料。 ? 外界環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，敏感芯體的結構設計和制造精度偏差使傳感器不可避免地對橫向振動產生輸出信號，其大小由橫向輸出和垂直方向輸出的比值百分數來表示。 根據不同敏感芯體結構和材料特性的組合，壓縮型結構在理論上便存在橫向輸出，需要通過裝配調節的方式給予抵消，而在實際制造過程中很難實現真正的抵消，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計在理論上不存在橫向輸出，傳感器的實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際對比結果來看，剪切型壓電加速度傳感器的橫向靈敏度普遍優于壓縮型式。而敏感芯體為彎曲梁結構形式的橫向靈敏度一般說介于剪切型和壓縮型之間。根據敏感芯體的結構特性，在其受橫向振動時與垂直方向振動一樣，也有相應的結構頻率響應。所以橫向振動也同樣可能在某一頻率點產生諧振，以至產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。另因為各傳感器的溫度響應很難保持一致，所以實際使用中傳感器的輸出一般很少用溫度系數進行修正。典型溫度響應曲線或溫度系數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除材料本身特性之外，生產工藝也將直接影響壓電材料對溫度的響應，而同種材料對溫度響應的離散度更是如此。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，溫度響應和溫度響應的離散度相差甚大。綜合對壓電材料的基礎研究和生產加工工藝，目前國內壓電陶瓷的溫度特性與國外先進水準相比還有一定差距；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，而且溫度響應及其離散度都好于國產壓電陶瓷。 不同的敏感芯體結構設計對溫度的變化的響應會產生不同的結果。由于不同材料有不同的線膨脹系數，因此溫度變化必然使壓電材料和金屬配件之間產生因線膨脹系數不同而造成的應力變化；這種由溫度產生的應力使壓縮式和彎曲梁型的敏感芯體產生輸出信號，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態和瞬態兩種，傳感器輸出靈敏度隨溫度變化通常是指穩態高低溫度狀態對信號輸出的影響。瞬態溫度變化對傳感器輸出的影響主要表現在低頻測量中，請參看應用〉低頻測量 o 傳感器的基座應變靈敏度 傳感器受被測物體在傳感器安裝處應變的影響，可能導致傳感器輸出的變化。傳感器的基座應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構設計形式所決定。剪切結構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變的作用也相對較小，且這種應變并不直接導致壓電陶瓷的輸出。所以剪切敏感芯體傳感器的基座應變靈敏度指標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（改變這兩點都將影響傳感器的頻率響應指標），剪切型傳感器一般都能滿足大部分結構測量的要求。 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部的敏感芯體而導致的信號輸出。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，絕大多數傳感器的這一指標都能滿足通常的測量條件。 磁靈敏度是表示傳感器在強交變磁場作用下，加速度傳感器的輸出值。傳感器內部敏感芯體受磁力的作用而導致信號輸出是傳感器產生磁靈敏度的基本原因。因此在傳感器設計中，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。另外雙層屏蔽殼結構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 |
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