什么是溫度振動一體傳感器?

在系統(tǒng)日益復雜的工業(yè)自動化現(xiàn)場中，各種軸承、電機、泵體的溫度與振動狀態(tài)，無時無刻不在影響著整個自動化系統(tǒng)的設備健康與使用效率。龐大的工業(yè)產(chǎn)業(yè)醞釀催生出了巨大的傳感器需求。長期以來這些高端工業(yè)級振動與溫度傳感器的技術與市場多為歐美企業(yè)把持， 伴隨著中國龐大的工業(yè)制造業(yè)崛起，國產(chǎn)傳感器企業(yè)正在向這一領域發(fā)起沖擊！

基于國內(nèi)工業(yè)自動化市場的需求增長與傳感器技術的高速發(fā)展，振動與溫度的測量從分立逐漸走向復合。 有幸在某工業(yè)應用實驗室了解到幾款國產(chǎn)溫度振動一體化傳感器，并參與了部分工業(yè)現(xiàn)場應用方案的選型，就這幾款傳感器的體驗和測試性能進行一個簡單的總結和剖析，記錄并分享給行業(yè)內(nèi)的用戶與讀者，希望能對各位有所裨益，不吝褒貶。

什么是溫度振動一體傳感器？

溫度振動一體傳感器是指通過集成振動傳感芯片和溫度傳感器芯片，按應用需求進行封裝和信號輸出的一種復合型傳感器變送器。

體驗測試產(chǎn)品

關鍵測試點

線性度（傳感器在受到不同的G值振動時，其輸出的線性度，該數(shù)值越小越好）

橫向靈敏度（橫向靈敏度決定了傳感器在受非主軸方向振動或者沖擊時，其受干擾的程度，越小越好，按照國家標準應＜5%）

諧振頻率（振動測量的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的諧振頻率）

頻響特性（振動測量的頻率上限稍高于被測結構的振動頻率即可）

溫度測量精度（測溫精度數(shù)值越小越好）

溫度測量響應時間（溫度響應的時間越短越好）

環(huán)境與儀器

環(huán)境：22℃/51%RH

儀器：加速度校準系統(tǒng)（含高、中、低頻激振器）、恒流源、恒壓源、高絕緣電阻測試儀、高低溫循環(huán)爐、臺式萬用表、接觸式高精度測溫儀

測試參考數(shù)據(jù)（此測試數(shù)據(jù)僅針對在本次測試實驗中在市場上購買到的產(chǎn)品，僅供參考）

振動測量主要參考線性度與橫向靈敏度作為傳感器準確性的考量依據(jù)。

1. 線性度

基于傳感器測量時輸入單一靈敏度，用于描述在一定的頻響范圍內(nèi)，傳感器的靈敏度是否滿足實際的靈敏度的指標就是線性度。相對來看，在低頻段，傳感器的靈敏度會少于實際的靈敏度，而在高頻段，則靈敏度會大于實際的靈敏度。只有在中間頻段，靈敏度滿足線性關系。如果傳感器不在線性區(qū)間，所以測量得到的幅值會誤差較大，一般來說要求傳感器非線性《1%。 從本次測試的數(shù)據(jù)可以看出乃爾CAYD275-10和西人馬PYDV00-100在線性度測試中表現(xiàn)上佳。

2. 橫向靈敏度

在測量某個方向的振動時，理論上信號輸出應為振動感知方向，但實際上在與該方向垂直的方向也有信號輸出，從而形成了一種干擾，這種效應稱為橫向效應。橫向效應靈敏度越低，傳感器性能越好，但通常，傳感器都存在一定的橫向效應，國標的要求是橫向靈敏度應《5%。

在此項測試中，西人馬PYDV00-100為2.68%。我一度懷疑我哪里操作錯了，因為其它幾款產(chǎn)品的平均結果都在4.9~5%之間。 重復了幾次，但西人馬平均結果還是在2.4~2.5%左右，謹慎起見，取一個相對高一點的值2.68%，在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，減少橫向效應的影響，是準確測量的基本保障，不得不說西人馬這項指標真的非常不錯！

3. 諧振頻率

由于傳感器自身也屬于一種結構，所以也有它的固有頻率。一般把傳感器的第一階固有頻率叫做諧振頻率。傳感器的結構尺寸越小，諧振頻率越高。振動傳感器的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的諧振頻率。一般要求＞20kHz，從這項數(shù)據(jù)中可以看出，在諧振頻率的測試中，乃爾CAYD275V-10與西人馬PYDV00-100的都能滿足要求，另外兩款產(chǎn)品在這項測試中還存在一定的提高空間。

4. 頻響特性

頻響特性是指傳感器在受到不同頻率振動時（1.0~7000Hz-±5%、0.5~10000Hz-±10%、0.3~15000Hz-±3dB），其靈敏度現(xiàn)對于參考點的誤差，理論上誤差越小，帶寬越大越好。

在此項測試中西人馬PYDV00-100、江蘇聯(lián)能CA-YD-170、安徽容知RH103均在正常的頻響靈敏度的范圍內(nèi)。乃爾的CAYD275-10在1.0-7000Hz的頻響靈敏度誤差為±5.2%，在0.5~10000Hz的測試中誤差為±11.2%，稍高于參考標準值。

5. 溫度測量精度與溫度響應時間

這幾款傳感器都含有溫度測量功能，無疑溫度測量的精度和響應時間是最關鍵指標，溫度測量精度與響應時間不用多說，精度數(shù)值越小越好。

經(jīng)過對比測試四款產(chǎn)品在測量精度上差異不大，基本都在實際應用中的溫度冗余范圍內(nèi)，但在溫度響應時間上，西人馬PYDV00-100 3.5min的響應時間表現(xiàn)更為出色。

6. 綜合體驗

在本次實驗測試中，實際上包括電氣參數(shù)、連接性能等測試進行了18項測試內(nèi)容，從技術指標的重要性和產(chǎn)品應用選型參考主要依據(jù)的角度出發(fā)，在眾多的測試項和數(shù)據(jù)中，揀選了六項筆者認為比較有代表性的數(shù)據(jù)，進行一個簡單剖析。從本次測試的這幾項測試結果來看，綜合性能表現(xiàn)較好的溫度振動一體傳感器是西人馬PYDV00-100和乃爾CAYD275V-10這兩款產(chǎn)品，其余兩款產(chǎn)品在主要性能上還存在較大的提升空間。

作為ICP傳感器的核心電荷轉(zhuǎn)換芯片，是溫度振動一體傳感器的核心。筆者認為，西人馬的傳感器之所以表現(xiàn)比較優(yōu)異，很有可能是西人馬擁有自己的核心芯片設計與制造能力，而其它幾家不具備相應能力，很有可能是外采芯片，或者購買國外的器件封裝而成，在自主國產(chǎn)化的今天，上述操作能走多遠就不得而知了。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造水平的提升，希望能涌現(xiàn)出更多的優(yōu)秀國產(chǎn)化傳感器。

知識點分享——關于振動傳感器的選型的幾點建議：

1. 根據(jù)數(shù)采和頻譜分析儀器的類型來選擇，如ICP型調(diào)理設備選擇ICP型傳感器，電荷調(diào)理設備選擇壓電式傳感器。

2. 在工作狀態(tài)下的待測結構進行測量時，最好使用帶有“隔離”的傳感器。如果傳感器本身不具備隔離，可在傳感器底部增加絕緣材料充當隔離器件。3. 聚焦位置的振動測量最好選擇傳感器量程的60-80%，這樣能獲得高信噪比，且不會過載。

4. 應用的傳感器的工作頻率區(qū)間，稍高于實際測量的帶寬較為適宜

5. 根據(jù)行業(yè)應用選擇傳感器，如重工業(yè)、電力、石化推薦選用振動量程大，頻率寬的傳感器，反觀建筑行業(yè)宜選用小量程，高靈敏度，低頻、或超低頻性能好的傳感器。
責任編輯:tzh