2.1　传感器选用原则

传感器的品种繁多。同一物理量可用多种不同类型传感器进行测量，而同一种传感器也可测量不同物理量。事实证明，传感器选择不当导致试验失败的例子屡见不鲜。了解传感器的性能对合理选择传感器十分必要。衡量传感器的性能指标有静态特性和动态特性两个方面。静态特性是指传感器在输入量处于稳定状态时的输入输出关系，主要包括灵敏度、线性度、重复性和精度；动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，它决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件。一般来说，传感器的合理选择要从静态特性、动态响应特性和测量方式（接触测量与非接触测量）三个方面综合考虑。此外，还要注意使用条件和安装方式。

1.量程

传感器能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称为传感器的量程。在选用传感器（包括测量仪表）时首先要对被测值有大致的估计，务必使被测量值落在传感器的量程之内，否则会破坏传感器。

2.精确度（精度）

精确度是指测量某物理量的测定值与真值相符合的程度。传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量值，对整个测试系统具有直接影响。然而，也并非要求传感器的精确度越高越好，还应考虑到经济性。传感器精确度越高，价格越昂贵，应从实际出发来选择。

水电站的测试参数，按试验内容要求的不同，有的进行静态测量，有的则需进行动态测量。

（1）静态测量是指机组在稳定工况下准确地测量参数的稳定值。例如水轮机效率试验中的功率、水头、流量等参数的测量。静态测量要求高度精确地测量参数的稳定值，因此对传感器的要求是有较高的精确度。

（2）动态测量是指机组在过渡过程中测量参数随时间的变化过程。例如甩负荷试验中转速与水压的测量。对动态测量的要求是真实地测出参数随时间的变化过程、特征值的大小及其出现时间以及各参数在过渡过程中的相互关系。测量精度相对较为次要。因此，要求传感器具有良好的响应特性，这样才能真实、完整地记录参数变化的全过程。

3.灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。

一般来说，传感器的灵敏度越高越好。因为灵敏度高，表示传感器所能感知的变化量越小，即被测量稍有微小变化时，传感器就有较大输出。但灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并且随测量信号一起被放大。所以要求传感器信噪比越大越好，即要求传感器本身噪声小，又不易从外界引进干扰噪声。

灵敏度过高往往导致在输入信号增大时，传感器进入非线性区域，所以，灵敏度过高会影响其适用的测量范围。

4.线性度

线性度表示传感器的输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的偏离程度。

传感器的线性度是用特性曲线与其选定的工作曲线（也叫拟合直线）之间的最大偏差与传感器满量程输出之比来表示。任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围越宽，则表明传感器的工作量程越大。

传感器工作在线性区域内，是保证测量精确度的基本条件，然而，任何传感器都不容易保证其绝对线性，在允许限度内，也可以在其近似线性区域应用。例如变间隙式的电感传感器，就是采用在初始间隙附近的近似线性区内工作。选用时必须考虑被测物理量的变化范围，令其非线性误差在允许的范围内。

5.迟滞

迟滞表示传感器输入量由小到大与由大到小所得输出不一致的程度。迟滞在数值上是用同一输入量下最大的迟滞偏差与满量程输出之百分数表示。产生迟滞的原因是传感器的敏感元件存在弹性滞后。选用传感器时要求此值越小越好。

6.重复性

重复性表示传感器在输入量按同一方向做全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。根据误差理论知，重复性误差是属于随机误差性质的。因此应根据标准差来计算重复性误差。

7.零点漂移

零点漂移表示在零输入的状态下，输出值的漂移。一般有如下两种零漂。

（1）时间零漂，指在规定时间内，在室温不变的条件下零输出的变化。

（2）温度漂移，绝大部分传感器在温度变化时特性会有所变化。一般用零点温漂和灵敏度温漂来表示这种变化程度，即温度每变化1℃，零点输出（或灵教度）变化值。

8.动态特性

动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

在被测物理量随时间变化的情况下，传感器的输出能否良好地追随输入量的变化而变化是一个很重要的问题。有的传感器静态特性很好，但由于不能很好追随输入量的快速变化而导致很大误差。

传感器的动态特性通常通过实验方法给出。即给传感器输入阶跃信号和正弦信号，通过实验得到传感器的阶跃响应曲线和频率响应特性曲线，用这两条曲线上的某些特征值来表示传感器的动态特性。表征动态特性的指标主要有延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间和超调量等（与阶跃响应有关的指标），频响范围、自振频率等（与频率响应有关的指标）。

选用传感器时，总希望其有良好的动态特性，即延迟时间短、响应快、超调量小、频响范围宽等，同时要注意使传感器的自振频率要远大于被测量的最大频率。

一般来讲，光电式、压电式等传感器，响应时间短、工作频率范围宽。而电感、电容、磁电式传感器等，由于受结构影响，其固有频率低而使工作频率范围较窄。