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1 前 言
利用传感器感知、采集各种信息，其质量和技术水平既影响传感器的选择和使用，更直接决定系统的功能和质量，因而正确评价传感器的质量尤为关键。同时，因为传感器技术又是一门依检测对象不同而技术各异的独立、专门的技术，所以传感器品种繁多，涉及的技术广泛，要全面评价传感器的质量好坏也比较困难。针对这一问题，笔者进行了探讨和归纳，以期给出较为合理的传感器质量评价方法，并指导传感器的选择和使用。
2 传感器的性能指标
传感器的性能指标包含的内容很多，可以概括为基本参数指标、环境参数指标、可靠性指标和其它指标四大类。具体如下：
2．1 基本参数指标
(1)量程指标：量程范围、过载能力等。
(2)灵敏度指标：灵敏度、满量程输出、分辨力、输入输出阻抗等。
(3)精度方面的指标：精度(误差)、重复性、线性、滞后、灵敏度误差、阈值、稳定性、漂移等。
(4)动态性能指标：固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等。
2．2 环境参数指标
(1)温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等。
(2)抗冲振指标：各向冲振容许频率、振幅值、加速度、冲振引起的误差等。
(3)其它环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等。
2．3 可靠性指标
工作寿命、可靠度、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压、反抗非弧性能等。
2．4 其它指标
(1)使用方面：供电方式(直流、交流、频率、波形等)、电压幅度与稳定度、功耗、各项分布参数等。
(2)结构方面：外形尺寸、重量、外壳、材质、结构特点等。
(3)安装连接方面：安装方式、馈线、电缆等。
3 传感器质量评价的方法
传感器的性能指标可以在一定程度上表征传感器的质量。因此评价传感器的质量好坏，离不开其性能指标。同时由于每种传感器都有具体的结构、功能和适用场合，所以传感器的质量评价必须与传感器的应用相结合来综合考虑。
对传感器进行质量评价时应注意以下三点：
一、传感器作为测量与控制系统的首要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠而又经济地实现信息转换的基本要求。即：
1．足够的容量——传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力。
2．与测量或控制系统匹配性好，转换灵敏度高——传感器的输入与被测输入成确定(线性)关系，且比值大。
3．精度适当，稳定性高——传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求，且长期稳定。
4．反应速度快，工作稳定性好。
5．适用性与适应性强——动作能量小，对被测对象状态影响小，内部噪声小而又不宜受外界干扰的影响，使用安全。
6．使用经济——成本低，寿命长。且易于使用、维修和校准。
这些传感器使用的基本要求，在对传感器进行质量评价时，应当予以重点考核。
二、对所使用的传感器，必须根据使用目的、使用环境、被测对象情况、精度要求和信号处理等具体条件来选择和评价。比如冶金工业中应用的传感器，其环境条件十分恶劣。因此，需要这类传感器具有耐高温、防潮、耐振动、抗干扰和高可靠等特点，可以说对这方面的质量要求非常高。在“冶金工业应用”这一特定场合中，某种传感器首先只有在这里能用，然后才能谈及评价其质量好坏。
三、一般对于高精度传感器，有关动态特性和静态特性方面的性能指标对其质量评价很关键。因为使用时要求高精度传感器必须具有良好的动态特性和静态特性，才能完成对信号无失真的转换。
基于上述考虑，对传感器的质量评价既要全面，又要使之具有指导传感器选择和使用的实际意义。所以，传感器质量评价的主要方法就是罗列若干性能指标(包括基本参数、比较重要的环境参数指标、长期稳定性指标和可靠性指标)，并结合传感器的具体应用来分析，进行对比评价。这种方法同时也可以作为检验、选择和使用传感器的依据。在这里值得强调的是，长期稳定性指标和可靠性指标与传感器的使用条件等多种因素密切相关。合理选型及正确使用是保证传感器稳定、可靠工作的前提。传感器的生产厂家一般在产品手册中给出传感器的主要技术指标、应用范围及主要特点，以体现传感器众多的性能指标。这可以帮助用户根据自己的需要合理地选择产品，也是传感器质量评价的主要依据。
下面以GXW系列非接触式光纤测温传感器的质量评价为例来具体说明。
主要技术指标：
(1)测温范围400～2500~C(分段)
(2)误差 ±0．5％
(3)分辨率 0．5℃
(4)响应时间 1ms
(5)最小检测直径 Φ6／280mm
(6)目标距离 0．2～10m
(7)模拟输出 0～5VDC(4～20mA、0～10mA)
(8)工作电源 ±12～±15V DC(3～30V DC、24VDC可选)
(9)环境温度 光纤探头0～150℃
(10)光纤长度 1．5m(3m、5m、10m可选)
应用范围：
粉末冶金、冶炼、铸造、热轧、锻件、玻璃、陶瓷生产、中高频感应加热、焊接、热处理行业。
主要特点：
(1)高精度、快速响应。
(2)采用光纤传感技术和辐射测温原理进行非接触式测温，确保产品长时间无故障工作，使用寿命为高温热电偶的上百倍。
(3)价格低，价格相当于一支高温热电偶的价格。
(4)特别适用于高温、高压、热风、结晶、腐蚀、烟雾和强电磁干扰等恶劣环境工作。
结合给出的性能参数，同时对光纤测温传感器所采用的光纤传感技术和辐射测温原理进行分析，能够得出：同热电偶、热敏电阻等测温传感器相比，该光纤测温传感器具有高精度、快速响应、寿命长(一般高温热电偶都是一次性的)、可工作于恶劣环境等突出特点。
通过传感器的性能参数及分析比较，可以评价此种光纤传感器具有优良的性能，质量很好，优于一般的热电偶、热敏电阻等测温元件。可见，这种通过罗列、对比传感器的性能指标来评价传感器质量的方法用于单纯地比较、评价同类功能的传感器的质量还是可以的。但仅仅依据传感器的性能指标，对传感器进行质量评价，来判断传感器好坏的做法是不够全面的。由此所评价出的质量好的传感器，并不一定就适合我们的测量要求，关键在于传感器的使用场合是否合适。同样是温度测量，前面提到的光纤传感器质量很好，但热电偶、热敏电阻测温也各有千秋。热电偶的特点是测量范围宽、响应速度快(几秒-几十秒)、准确度高和可远距离传输。热敏电阻最大的特点是温度系数大，适合微小温度测量场合使用，价格便宜，特别适合在常温范围中使用。
总之，测量工作的目的是利用传感器来准确地获取信息，因此，传感器的质量评价只有与应用相结合，才更为全面、合理，对传感器的选择和使用才具有指导意义。
需要指出的是，为了在一个统一的基础上对传感器进行质量评价，所评价的传感器应符合下列条件：
1．必须是按照国家标准或行业标准生产。
2．生产过程必须稳定，应通过IS09000质量体系认证
3．必须是批量生产、广泛使用的。
4．实验室研制性阶段的产品不能列入评价范
5．军用、专用以及特殊用途的传感器不能列入评价范围。
4 未来对传感器的质量评价方法提出了新的要求
随着科学技术的发展，各行各业对传感器的质量要求越来越高。今后传感器发展的总趋势是智能化、网络化、微型化、多功能、低功耗、无线传输、便携式，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，并加速新一代传感器的开发和产业化。国内重点研发的传感器技术包括：微电子机械系统(MEMS)、汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生与食品监测传感器和新型敏感材料。所以未来传感器的性能将发生很大变化，在进行传感器的质量评价时，势必会增添许多新的内容。诸如，微型传感器的尺寸对测量的要求，如何从网络技术角度评价面向网络的智能型传感器等。这些对传感器的质量评价方法同样也提出了新的要求，除考虑传感器的性能指标和应用外，还应该从更广阔的范围来评价传感器的质量。未来的传感器质量评价方法尚有待继续研究和探索。
这里仅讨论应用最为广泛的工业过程控制传感器。未来工业过程控制传感器重点开发新型压力、温度、流量、距离等智能化传感器、工业化标准接口和具有协议功能的传感器。对其要求如下：
(1)扩展测量范围，例如工业测温范围一般在-200～3000℃，而今后要求测量超高温和超低温，尤其是液化气体的超低温测量更为迫切。10K以下温度测量是研究重点。
(2)提高测量准确度，计算机技术发展对传感器的测量准确度提出了很高的要求。
(3)扩大检测对象，传统工业和新兴工业面临市场竞争，为实现规模生产，保证质量降低消耗，过程控制的对象越来越多，因此需要不断增加采集信息的传感器种类。
(4)提高可靠性，目前传感器存在的最大问题是可靠性问题，必须采用先进的技术提高传感器的可靠性。
可见，测量范围、测量准确度、多功能和可靠性仍是未来传感器研究和质量评价的重要内容。
5 结论
对传感器的质量评价，除比较性能指标外，必须坚持传感器的质量评价与应用相结合的原则，即结合一定的测量目的、使用场合来考虑。随着传感器技术的发展，传感器质量评价的内容要更新，方法要发展，这样才能全面、客观地评价传感器的质量，为选择和使用传感器提供指导和帮助，使传感器能更好地发挥作用。
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利用传感器感知、采集各种信息，其质量和技术水平既影响传感器的选择和使用，更直接决定系统的功能和质量，因而正确评价传感器的质量尤为关键。同时，因为传感器技术又是一门依检测对象不同而技术各异的独立、专门的技术，所以传感器品种繁多，涉及的技术广泛，要全面评价传感器的质量好坏也比较困难。针对这一问题，笔者进行了探讨和归纳，以期给出较为合理的传感器质量评价方法，并指导传感器的选择和使用。
2 传感器的性能指标
传感器的性能指标包含的内容很多，可以概括为基本参数指标、环境参数指标、可靠性指标和其它指标四大类。具体如下：
2．1 基本参数指标
(1)量程指标：量程范围、过载能力等。
(2)灵敏度指标：灵敏度、满量程输出、分辨力、输入输出阻抗等。
(3)精度方面的指标：精度(误差)、重复性、线性、滞后、灵敏度误差、阈值、稳定性、漂移等。
(4)动态性能指标：固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等。
2．2 环境参数指标
(1)温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等。
(2)抗冲振指标：各向冲振容许频率、振幅值、加速度、冲振引起的误差等。
(3)其它环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等。
2．3 可靠性指标
工作寿命、可靠度、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压、反抗非弧性能等。
2．4 其它指标
(1)使用方面：供电方式(直流、交流、频率、波形等)、电压幅度与稳定度、功耗、各项分布参数等。
(2)结构方面：外形尺寸、重量、外壳、材质、结构特点等。
(3)安装连接方面：安装方式、馈线、电缆等。
3 传感器质量评价的方法
传感器的性能指标可以在一定程度上表征传感器的质量。因此评价传感器的质量好坏，离不开其性能指标。同时由于每种传感器都有具体的结构、功能和适用场合，所以传感器的质量评价必须与传感器的应用相结合来综合考虑。
对传感器进行质量评价时应注意以下三点：
一、传感器作为测量与控制系统的首要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠而又经济地实现信息转换的基本要求。即：
1．足够的容量——传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力。
2．与测量或控制系统匹配性好，转换灵敏度高——传感器的输入与被测输入成确定(线性)关系，且比值大。
3．精度适当，稳定性高——传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求，且长期稳定。
4．反应速度快，工作稳定性好。
5．适用性与适应性强——动作能量小，对被测对象状态影响小，内部噪声小而又不宜受外界干扰的影响，使用安全。
6．使用经济——成本低，寿命长。且易于使用、维修和校准。
这些传感器使用的基本要求，在对传感器进行质量评价时，应当予以重点考核。
二、对所使用的传感器，必须根据使用目的、使用环境、被测对象情况、精度要求和信号处理等具体条件来选择和评价。比如冶金工业中应用的传感器，其环境条件十分恶劣。因此，需要这类传感器具有耐高温、防潮、耐振动、抗干扰和高可靠等特点，可以说对这方面的质量要求非常高。在“冶金工业应用”这一特定场合中，某种传感器首先只有在这里能用，然后才能谈及评价其质量好坏。
三、一般对于高精度传感器，有关动态特性和静态特性方面的性能指标对其质量评价很关键。因为使用时要求高精度传感器必须具有良好的动态特性和静态特性，才能完成对信号无失真的转换。
基于上述考虑，对传感器的质量评价既要全面，又要使之具有指导传感器选择和使用的实际意义。所以，传感器质量评价的主要方法就是罗列若干性能指标(包括基本参数、比较重要的环境参数指标、长期稳定性指标和可靠性指标)，并结合传感器的具体应用来分析，进行对比评价。这种方法同时也可以作为检验、选择和使用传感器的依据。在这里值得强调的是，长期稳定性指标和可靠性指标与传感器的使用条件等多种因素密切相关。合理选型及正确使用是保证传感器稳定、可靠工作的前提。传感器的生产厂家一般在产品手册中给出传感器的主要技术指标、应用范围及主要特点，以体现传感器众多的性能指标。这可以帮助用户根据自己的需要合理地选择产品，也是传感器质量评价的主要依据。
下面以GXW系列非接触式光纤测温传感器的质量评价为例来具体说明。
主要技术指标：
(1)测温范围400～2500~C(分段)
(2)误差 ±0．5％
(3)分辨率 0．5℃
(4)响应时间 1ms
(5)最小检测直径 Φ6／280mm
(6)目标距离 0．2～10m
(7)模拟输出 0～5VDC(4～20mA、0～10mA)
(8)工作电源 ±12～±15V DC(3～30V DC、24VDC可选)
(9)环境温度 光纤探头0～150℃
(10)光纤长度 1．5m(3m、5m、10m可选)
应用范围：
粉末冶金、冶炼、铸造、热轧、锻件、玻璃、陶瓷生产、中高频感应加热、焊接、热处理行业。
主要特点：
(1)高精度、快速响应。
(2)采用光纤传感技术和辐射测温原理进行非接触式测温，确保产品长时间无故障工作，使用寿命为高温热电偶的上百倍。
(3)价格低，价格相当于一支高温热电偶的价格。
(4)特别适用于高温、高压、热风、结晶、腐蚀、烟雾和强电磁干扰等恶劣环境工作。
结合给出的性能参数，同时对光纤测温传感器所采用的光纤传感技术和辐射测温原理进行分析，能够得出：同热电偶、热敏电阻等测温传感器相比，该光纤测温传感器具有高精度、快速响应、寿命长(一般高温热电偶都是一次性的)、可工作于恶劣环境等突出特点。
通过传感器的性能参数及分析比较，可以评价此种光纤传感器具有优良的性能，质量很好，优于一般的热电偶、热敏电阻等测温元件。可见，这种通过罗列、对比传感器的性能指标来评价传感器质量的方法用于单纯地比较、评价同类功能的传感器的质量还是可以的。但仅仅依据传感器的性能指标，对传感器进行质量评价，来判断传感器好坏的做法是不够全面的。由此所评价出的质量好的传感器，并不一定就适合我们的测量要求，关键在于传感器的使用场合是否合适。同样是温度测量，前面提到的光纤传感器质量很好，但热电偶、热敏电阻测温也各有千秋。热电偶的特点是测量范围宽、响应速度快(几秒-几十秒)、准确度高和可远距离传输。热敏电阻最大的特点是温度系数大，适合微小温度测量场合使用，价格便宜，特别适合在常温范围中使用。
总之，测量工作的目的是利用传感器来准确地获取信息，因此，传感器的质量评价只有与应用相结合，才更为全面、合理，对传感器的选择和使用才具有指导意义。
需要指出的是，为了在一个统一的基础上对传感器进行质量评价，所评价的传感器应符合下列条件：
1．必须是按照国家标准或行业标准生产。
2．生产过程必须稳定，应通过IS09000质量体系认证
3．必须是批量生产、广泛使用的。
4．实验室研制性阶段的产品不能列入评价范
5．军用、专用以及特殊用途的传感器不能列入评价范围。
4 未来对传感器的质量评价方法提出了新的要求
随着科学技术的发展，各行各业对传感器的质量要求越来越高。今后传感器发展的总趋势是智能化、网络化、微型化、多功能、低功耗、无线传输、便携式，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，并加速新一代传感器的开发和产业化。国内重点研发的传感器技术包括：微电子机械系统(MEMS)、汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生与食品监测传感器和新型敏感材料。所以未来传感器的性能将发生很大变化，在进行传感器的质量评价时，势必会增添许多新的内容。诸如，微型传感器的尺寸对测量的要求，如何从网络技术角度评价面向网络的智能型传感器等。这些对传感器的质量评价方法同样也提出了新的要求，除考虑传感器的性能指标和应用外，还应该从更广阔的范围来评价传感器的质量。未来的传感器质量评价方法尚有待继续研究和探索。
这里仅讨论应用最为广泛的工业过程控制传感器。未来工业过程控制传感器重点开发新型压力、温度、流量、距离等智能化传感器、工业化标准接口和具有协议功能的传感器。对其要求如下：
(1)扩展测量范围，例如工业测温范围一般在-200～3000℃，而今后要求测量超高温和超低温，尤其是液化气体的超低温测量更为迫切。10K以下温度测量是研究重点。
(2)提高测量准确度，计算机技术发展对传感器的测量准确度提出了很高的要求。
(3)扩大检测对象，传统工业和新兴工业面临市场竞争，为实现规模生产，保证质量降低消耗，过程控制的对象越来越多，因此需要不断增加采集信息的传感器种类。
(4)提高可靠性，目前传感器存在的最大问题是可靠性问题，必须采用先进的技术提高传感器的可靠性。
可见，测量范围、测量准确度、多功能和可靠性仍是未来传感器研究和质量评价的重要内容。
5 结论
对传感器的质量评价，除比较性能指标外，必须坚持传感器的质量评价与应用相结合的原则，即结合一定的测量目的、使用场合来考虑。随着传感器技术的发展，传感器质量评价的内容要更新，方法要发展，这样才能全面、客观地评价传感器的质量，为选择和使用传感器提供指导和帮助，使传感器能更好地发挥作用。