测量系统构建完整指南

测量系统构建完整指南 技术白皮书 从未数来据的中测提量取系有统，用远的不决止策选依择据D并AQ付设诸备行那动么已简经单是，您必还然需趋通势盘。但考是虑要系构统建的一每个个可部助分您，无走论向是工物具理)，都组需件要(如纳传入感考器虑、D范A围Q设。备和计算机等)，还是软件组件(包括驱动程序、软件和报表 本前指和南未主来要的介测绍量如需何求最：大化DAQ投资回报的七大考量因素，以确保您的系统足以应对当 02如何选择合适的传感器 11如技何术选规择格合适的DAQ设备： 15如总何线选和择组合成适结的构DAQ设备： 21如何选择合适的计算机 24如何选择合适的驱动程序软件 27如何选择合适的DAQ软件 32如何选择合适的数据管理软件 ni.com/dataacquisition 概述 如传何感选器择合适的 在同设的计物测理量现系象提统供之了前大，您量需不要同确的定传合感适器的，甚传至感测器量。当同今一市物场理针现对象不的传测感器器(RT也D有)等多等种。，比如测量温度的传感器就有热电偶、电阻式温度检 本比较章，对帮测助量您以选下择七最种适物合理您现应象用的的最传常感见器传：感器类型进行了分类和 温度应变声音振动 位置和位移压力 力 温度 最常见的温度测量传感器是热电偶、热敏电阻和RTD。 温度传感器 需要的信号调理功能 精度 灵敏度 优点 热电偶  放大滤波冷端补偿放大 好 好  自带电源价格便宜坚固耐用提供较大的温度范围 RTD  滤波电流激励放大 最好 更好  非常准确非常稳定 热敏电阻  滤波电压激励 更好 最好  高电阻低热质量 1 表常见的温度传感器 热电偶 常宽。此类传感器价格便宜(1到50美元)，响应时间小于 热电偶是最常见的温度传感器，可测量的温度范围非一秒。但是，由于材料的属性，其温度精度通常大于1°C。 RTD R内T维D的持应温用度范读围数之的广稳几定乎性和。热但电与偶热相电当偶，相而比且，可以在数年 应变 应通常变会通贴常在使物用体电阻表面式，应例变如计飞进机行机测翼量，。用这于些测扁量平表的面电非阻常器小的计形连变接，在比一如起拉可伸以、形压成缩一、弯个曲电或桥扭。曲。将多个电阻式应变 使用最用多的四应个变有计源越应多，变测计量搭的建灵一敏个度全就桥越配高置。的例惠如斯，您通电可以桥使 范围较小( RTD的温度 电路。您也可以半桥(两个有源应变计)和1/4桥(一个有源应 (-200至500°C)、需要电流激励且响应速度较慢 变计)配置。所使用的有源应变计越多，读数的准确度就越 ±1.9%)。RTD的价格在25美元到1000美元之间。 (2.5至10秒)。RTD主要用于对时间要求不高的精确温度测量 热敏电阻 在2美元到10美元之间。 1耐30用°C。)热，精敏度电最阻高与(±.05°C)，但不如热电偶或RTD坚固 与前面的传感器相比，热敏电阻的温度范围最小(-90到需要的是电压激励R而TD不一是样电需流要激进励行。激热励敏；电但阻是的，价热格敏通电常阻 高。表2突出显示了不同电桥的优点和缺点。 可能会产生错误的读数。常见的应变计安装方法见表2。 应变和变轴计向需应要电变流的或影电响，压如激果励不，使并且用容额易外受的温电度阻漂式移应、变弯计曲，应就 轴向应变桥可测量材料的两侧拉伸。 弯收曲缩应。变桥在材料的一端测量拉伸，在另一端测量 扭转和剪切应变桥测量的是材料的扭曲。 应变没有单位，为无量纲量，相当于形变量与原来尺寸长度的比值，用符号e或ε表示。 应变 应变计配置 电桥类型 MV/V灵@敏1度00uE 详细信息 轴向应变 ¼桥 0.5 好变：计最。易对于轴实向现应，变但做如出果同需样要的温响度应补。偿，则必须使用一个补偿应 ½桥 0.65 更好：提供温度补偿，但对弯曲应变较为敏感。 ½桥 1.0 更补好偿，：不则受必弯须曲使应用变一的个影补响偿，应但变会计受。温度影响。如果需要进行温度 全桥 1.3 最好：灵敏度更高，提供温度和弯曲应变补偿。 弯曲应变 ¼桥 0.5 好变：计最。易对于轴实向现应，变但做如出果同需样要的温响度应补。偿，则必须使用一个补偿应 ½桥 1.0 更好：不受轴向应变的影响且提供温度补偿。 全桥 2.0 最好：不受轴向应变的影响且提供温度补偿。对弯曲应变最敏感。 扭转和剪切应变 ½桥 1.0 好：应变计必须与中心线成45度角安装。 全桥 2.0 最好：最为灵敏的全桥配置。不受轴向和弯曲应变的影响。 2 表常见的应变计 声音 麦克风可测量声音。在选择传感器时，有多种类型的麦克风可供考虑。 麦克风 价格 适用环境 阻抗大小 灵敏度 优点 预极化电容式麦克风 中 恶劣 中 最好 最常用的电容式麦克风类型潮�环境下的最佳选择 最常见的电容式麦克风 外部极化电容式麦克风 高 恶劣 更好 好 高温环境下的最佳选择质量较差 碳纤维麦克风 低 一般 高 好 用于早期的基础电话听筒设计 驻极体麦克风 低 一般 低 更好 高频环境下的最佳选择 压电式麦克风 中 恶劣 高 好 适用于冲击和爆炸压力测量应用 耐潮� 动态/磁性麦克风 高 恶劣 中 更好 不适用于强磁场环境 3 表常见的声音传感器 电容式麦克风 电是说容麦式克麦风克内风自是带最电常源见)的，也麦可克以风是，它外可部以极是化预的极。外化部的极(也化就电环境容中式，麦由克于风外需部要电额源外组的件电可源能，会因受此损成，本因更此高最。好在使潮用�预的极化克风麦克。风；而在高温环境中，最好使用外部极化电容式麦 压电式麦克风 较高。 此压电类式麦麦克克风风可坚以固测耐量用高，振适幅用(分于贝冲)击的和声爆压炸范压围力。缺测点量是应噪用音。 动态/磁性麦克风 使用。它们依靠运动来对电荷进行磁感应，具备较强的防水 除了压电式麦克风，动态或磁性麦克风也可在恶劣环境中性能，但显然，此类麦克风在高磁性环境中并不是很实用。 驻极体麦克风 风较不常见)。 驻用于极全体麦球的克数风百外万形台小计巧算，可机有和效电探子测设高备频中声。这音类。它麦们克广风泛造应价太相注对重便音质宜，的唯应一用的中缺，也点可是以无使法用测碳量纤低维频麦声克音风。此(这外类，麦在克不 振动 压电式陶瓷传感器或加速度计 在测量振动或加速度时，最常使用的是压电式陶瓷传感器或加速度计。 振动传感器 固有频率 轴数 阻尼系数 比例因子 优点 压(加电速式度陶计瓷)传感器线性可变差动变压器 >5kHz 最多3个 小 需要高输出 用于振动和冲击测量 (LVDT) <80Hz 最多3个 中 可变 仅限于稳态加速度或低频振动测量 仅限于稳态加速度或低频振动测量 接近式探头 <30Hz 最多3个 中 可变 弹簧质量块固定在电位器动臂上仅在质量块运动时产生输出电压 可变磁阻传感器 <100Hz 最多3个 中 可变 用于冲击研究和石油勘探 4 表常见的振动传感器 决于阻尼系数，质量块前后振动的频率称为固有频率。 区例因分振子。动比传例感因器子的代三表个输主出要与因加素速：固度有输频入率之、间阻的尼关系系数，和与比灵敏的准度确有度关。在固由有弹频簧率及和其阻所尼连系数接的则质共量同块决组定了成振的动系传统感中，器如果侧将来质回量振块动，拉直离至平停衡止点。，使然质后量释块放最，质终量停块止将运在动平的衡摩点擦的力两取 压的电传式感陶器瓷。此振类动振传动感传器感的器用适途用非于常冲广击泛测，因量此(爆是炸最和常故用障测有频试率)、。高但频是测，量这和种慢传速感低器频的振输动出测电量压。通它常们在具毫有伏较范高围的内固，而的电且需压要。使用输入阻抗较高的低噪探测器来解释压电晶体 接近式探头和LVDT 着它可以处理/检L测V更DT剧振烈动的传振感动器。的接固近有式频探率头略只高是，一这个意由味 接振动近测式量探；头但与是LV，DT类似：二者均只用于稳态加速度或低频弹簧和质量块组成的简单系统，固定在电位器动臂上。 可变磁阻振动传感器 可动变和振磁动阻振。这动种传特感殊器的通振过动永传磁感体器运只动有穿在过被线测圈质来量测块量运运动时振动才，会通产常生应输用出于，地这使震得冲它击可研以究捕和获石地油下勘岩探层。反射过来的 位置和位移 经较为成熟，因此偏好和应用这两个因素也会影响最终的选择。 选的测择量位一置样传，感虽器然时我，需们要应考尽虑量的选因用素契包合括需求激的励传、滤感波器、，环但境实，际以上及并测没量有时哪传种感位器置是传否感需器要是直万接能接的触。测由量于对位象置。传正感如器压的力发和展力已 位置传感器 价格 环境 精度 灵敏度 优点 霍尔效应传感器 低 标准 开或关 开或关  只能在传感器被按压时才能确定附近的目标 光电编码器：线性和旋转 可变 标准 可变 高  准确度取决于每转的计数 电位器 低 标准 高 高  需要放置在移动目标上可用于大功率环境 线(L性VD和T或旋R转V可DT变)差动变压器 高 适且用精于度恶高劣的工业环境， 高 高  需要进行信号调理功能RVDT通常可在±30至70°C的角度范围内工作不适用于需要高分辨率的应用 电涡流接近式探针 中  非接触式可在多尘环境下工作物质的影响和目标之间的 中 可变  不(这适种合情在况传建感议器使和用目光标学之和间激存光在传较感大器间)隙的情况安移装动在距固离定好的机械结构上，测量附近机械的测量时要求传感器与测量对象之间无遮挡物 反射光接近传感器 可变 标准 可变 高  适用于传感器和目标之间存在较大间隙的情况准确度取决于传感器的质量 5 表常见的位置传感器 霍尔效应传感器 使该对用霍象尔的效存应在传。这感时器传时感，当器对不象是压处到于“按开钮”时的，状就态可(以对确象定正在地方触)碰。霍按尔钮效)，就应传是感处器于“的关一”个的典状型态应(对用象是可键能盘位，于甚任至何在机器时人被拳击击中比。当赛按中钮也处会于使“用关霍”尔的效状应态传时感，此器类来传确感定器机不器会人提何供常详测量细对的位象与置传信感息器的之应间用的，此距类离传信感息器，因就此非对常于有不用需。要非 电位器 比其他位置传感器要便宜，而且可以提供很高的准确度。 电压位器器。虽将然使电用位滑器动会触对点所来连形接成的一系个统用产于生测轻量微位的置拉的力可，调但分它 光电编码器 编码器响应迅速，因此是许多运动控制应用的理想选择。 另旋一转种编常码见器的两位种置类传型感。此器类是元光件电可编以码快器速，可、准分确为线地性确和定速定位度、置方。向一系和列位条置纹。光状电长编条码会器将，距顾离名分思割义成就若是干使个用部光分来，确并通达3过万计的数旋来转进光行电测编量码。器计可数提越供多超，准高确的度准越确高度。一此些外，计此数类多 如少会果传给感系统器(部如件电的位移器动)有增物加理一元些件阻连力接。到而系编统码上器，就则不或存多在或这素个增问加题了，其而成且本这：种在恶传感劣或器多非尘常的轻环便境。但中是，它，有们几需个要重配要备因密封产品件中才时能出正现常错使位用，；它在们高需准要确自度配应轴用承中。，为了避免在集成到 LVDT L均V可DT用及于RV工D业T通和过航磁空感航应天来应确用定。位但置两。者它都们需坚要固信耐号用调，理因，此因 压力 而内增严格加了对成齐，本并。需此要外使，此用类制传造感成器本必高须昂在的笨绕重组且线昂圈贵。的虽封然装制 造成本高，但这类传感器也确实以高精度著称。 涡电流传感器 涡常电详流细传的感位器置价信格息适或中传，感通器过与磁测场量来对确象定之位间置存。在对较于大需间要隙非的线应上使用，用这，可种以传安感装器在用固的比定较好的少。机此械类结传构感上器，更测适量合附在近装机配械或光接产品近的传移感动器距。离。如要获得更精确的定位信息，建议使用 反射光接近传感器 接影响价格。 反的时射光间接来近确传定目感标器的通距过离光。束此往类