工业传感器选型：分辨率、灵敏度和精度，差异是什么

伴随着信息时代的到来，传感器已成为人类获取自然、生产领域信息的主要方式。在现代工业生产中，传感器是一个重要的组成部分，它通过各种传感器对生产过程进行监控和控制生产过程中的各个参数，使其处于正常或最佳状态，使产品达到最佳品质。参数指标包括灵敏度、分辨率、精度等，但很多人都不是很清楚这三个参数的区别，导致使用时出现大大小小的问题。传感器在预测和预防众多潜在过程中也起着举足轻重的作用，从而满足了许多工业传感应用的需求。本文就传感器的灵敏度、分辨率和精度三者的区别，以及传感器选型来做介绍。

传感器的灵敏度、分辨率、精度的区别

灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值，即输出、输入量的量纲之比。

传感器灵敏度是输出——输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间呈线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

分辨率

分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。

分辨率通常理解为A／D转换精度或能感知的最小变化而精度通常指：A／D、传感电路其它因素等综合因素，误差除以显示所得的百分比。数字式仪表通常决定于A／D转换器的位数精度是传感器重复测量同一标准值的最大百分误差，是校准后衡量准确程度的指标分辨率要优于精度几倍。分辨率与传感器的稳定性有负相关性。

精度

精度是指在真值附近正负三倍标准差的值与量程之比，是指测量值与真值的最大差异；分辨率——是指引起示值改变的最小测量值；应与灵敏系数分开（灵敏系数——指输出与输入之比） 。

一般的国产温度传感器的精度分A、B两个级别，国标规定如下：根据传感器的输出值与所测量的温度的真值的差来划分，A级：不大于±（0．15℃＋0．002＊传感器量程）；B级：不大于±（0．30℃＋0．005＊传感器量程）。所以，如果要求测量精度较高，应该选用量程较小的传感器。分辨率，“通常决定于A／D转换器的位数”，或看其输出值的最后一位。

传感器的选型要素

自动化领域传感器分类：

①压力传感器

工业自动化中使用的主要压力传感器包括压力传感器和真空传感器。

压力传感器的应用：用于在给定位置测量低于大气压的压力；用于气象仪器，飞机，车辆和其他已实现压力功能的机械；用于系统中以测量其他变量，例如流体/气体流量，速度，水位和高度。

②温度传感器

自动化中使用的主要温度传感器包括数字温度传感器和温湿度传感器。　

温度传感器的应用：连续测量空气，土壤或水中的温度；用于复杂工业应用中的测量；用于在恶劣的工作条件下进行测量。

③MEMS传感器（微机电系统）

工业自动化中使用的重要传感器是加速度和运动MEMS.

MEMS传感器应用范围广泛，从工业，娱乐，体育到教育。例如，触发安全气囊展开或监视核反应堆。以及用于测量静态加速度（重力），物体倾斜，飞机中的动态加速度，对汽车中物体的震动，还有手机，洗衣机或电脑的振动。还有用于检测运动等等。

④扭矩传感器

工业自动化中使用的重要传感器包括旋转扭矩和扭矩传感器。

扭矩传感器的应用：用于测量旋转速度和维护必要性；用于测量质量和质量惯性矩；从准静态过程的角度来看要计算的扭矩量；用于测量最高旋转速度，振荡扭矩。

⑤磁性开关

磁性开关是气缸用传感器的一个专用称呼，主要应用于检测气缸活塞位置。通常，都由气缸供应商根据客户使用情况配套提供。气缸用磁性开关，可用于设备提速，气缸运动完成，磁性开关感应到，马上进行下一步工作。一个气缸一般配备两个磁性开关，当然也有配一个磁性开关的情况。

另外一个需要特别关注的地方是气缸不一定就配置磁性开关来检测位置，如果气缸本体在比较狭窄的位置，设置磁性开关不易于调节，则需将感应点引出，由槽型开关来感应气缸的动作。

⑥接近开关

接近开关也是依据电磁感应的原理设计制造的，所以，它只能应测金属目标物，并且不同的金属感应距离略有差距。目前常用的接近开关检测距离大约有如下几种：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。接近开关通常有两种：埋入型和非埋入型。

接近开关的检测精度较磁性开关高。接近开关通常用于判断产品有无、工装夹具是否到位等对位置精度要求相对较低的场合。

⑦光电传感器

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。我们通常所说的光电开关大致有三种：一种是反射式光电传感器、一种是对射式光电传感器、一种是使用反射板反射光朿的光电传感器。

⑧光纤传感器

光纤传感器一般需要光纤放大器配合使用，价格上来说稍微贵一点，但是就性质上来说，比之前提到的光电和接近传感器有本质的区别，它可以进行质的测量。

光纤传感器设计时要考虑光纤头的防撞问题，一般设计保护光纤头的支架。另外不管是对射光电还是对射光纤受周围环境影响相对于普通反射光纤而言要小，在设计时需要重点考虑。

⑨位移传感器

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

⑩光栅

光栅检测区域大，所以通常也称区域传感器。光栅通常最主要的应用领域是设备之间的互锁和安全作用，特別是应用于对人的保护上比较多，常用于冲压机械、剪切设备、金属切削设备、自动化装配线、自动化焊接线、机械传送搬运设备等。

⑪激光检测仪

激光检测仪最主要的功能是精确地测量目标物的外形尺寸。

⑫工业照相机

工业照相机在工程上也通常称为CCD,它主要应用于检测目标物的外形和位置。随着目前CCD技术的提高，高分辨率的工业相机已经可以应用于精确测量领域。

⑬编码器

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器通常与步进电机或者伺服电机配用构成闭环或者半闭环的控制系统。

⑭微动开关

微动开关是一种接触式传感器，目前主要应用于设备之间的连接或者设备的安全防护门状态的检测。

⑮智能传感器

新一代高级智能传感器将成为工业自动化的心脏。智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化等称重传感器。对某些产品质量指标（例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等）进行快速直接测量并在线控制。而融合智能技术的传感器将可以很好的解决上述问题。

总结：

想要互联就需要网络的世界与现实世界实现连接，而传感器就是连接的桥梁。在工业自动化中，传感器起着至关重要的作用，传感器帮助人们检测，分析，测量和处理各种变化。传感器的灵敏度、分辨率和精度三个指标尤为重要，上文总结出15种类型自动化领域传感器，给工程师提供选型参考。

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