美国BENTLY本特利330180-50-00

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传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

1. 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的大偏差值与满量程输出值之比。
2. 灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。
3. 迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。
4. 重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不*的程度。
5. 漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
6. 分辨力：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即小输入增量。
7. 阈值：当传感器的输入从零值开始缓慢增加时，在达到某一值后输出发生可观测的变化，这个输入值称传感器的阈值电压。

传感器动态

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。较常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

线性度

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。

拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为小二乘法拟合直线。

灵敏度

传感器（图5）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。

它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。

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过分辨率时，其输出才会发生变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的大变化值作为衡量分辨率的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。

9选型原则

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要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。^[6]

在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

灵敏度的选择

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。

传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

频率响应特性

传感器的频率响应特性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。实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应越高，可测的信号频率范围就越宽。

传感器在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过大的误差。

线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来*的方便。

稳定性

传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器*稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。

传感器的稳定性有定量指标，在过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。

在某些要求传感器能*使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。

精度

精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器阿*空压机配件。

如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。

对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。^[6]

10常用术语

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1. 传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。
   1. 敏感元件是指传感器中能直接（或响应）被测量的部分。
   2. 转换元件指传感器中能较敏感元件感受（或响应）的被测量转换成是与传输和（或）测量的电信号部分。
   3. 当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。
2. 测量范围在允许误差限内被测量值的范围。
3. 量程测量范围上限值和下限值的代数差。
4. 精确度被测量的测量结果与真值间的*程度。
5. 重复性在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度：
   • 相同测量方法
   • 相同观测者
   • 相同测量仪器
   • 相同地点
   • 相同使用条件
   • 在短时期内的重复。
6. 分辨力传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的小变化量。
7. 阈值能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的小变化量。
8. 零位使输出的值为小的状态，例如平衡状态。
9. 激励为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。
10. 大激励在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的大值。
11. 输入阻抗在输出端短路时，传感器输入端测得的阻抗。
12. 输出有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。
13. 输出阻抗在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。
14. 零点输出在室内条件下，所加被测量为零时传感器的输出。
15. 滞后在规定的范围内，当被测量值增加和减少时，输出中出现的大差值。
16. 迟后输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。
17. 漂移在一定的时间间隔内，传感器输出中有与被测量无关的不需要的变化量。
18. 零点漂移在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。
19. 灵敏度传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。
20. 灵敏度漂移由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。
21. 热灵敏度漂移由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。
22. 热零点漂移由于周围温度变化而引起的零点漂移。
23. 线性度校准曲线与某一规定直线*的程度。
24. 非线性度校准曲线与某一规定直线偏离的程度。
25. *稳定性传感器在规定的时间内仍能保持不过允许误差的能力。
26. 固有频率在无阻力时，传感器的自由（不加外力）振荡频率。
27. 响应输出时被测量变化的特性。
28. 补偿温度范围使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。
29. 蠕变当被测量机器多有环境条件保持恒定时，在规定时间内输出量的变化。
30. 绝缘电阻如无其他规定，指在室温条件下施加规定的直流电压时，从传感器规定绝缘部分之间测得的电阻值。

11环境影响

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环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：

1. 高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必须加有隔热、水冷或气冷等装置。
2. 粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。从密封效果来看，焊接密封为，充填涂覆密封胶为差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。

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   LSJ1J-7A ? LSJ1J-7M ? LSJ2B-7A ? LSJ2B-7M ??
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3. 在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。
4. 电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。
5. 易燃、易爆不仅对传感器造成*性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。

   传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

6. 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的大偏差值与满量程输出值之比。
7. 灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。
8. 迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。
9. 重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不*的程度。
10. 漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
11. 分辨力：当传感器的输入从非零值缓慢增加时，在过某一增量后输出发生可观测的变化，这个输入增量称传感器的分辨力，即小输入增量。
12. 阈值：当传感器的输入从零值开始缓慢增加时，在达到某一值后输出发生可观测的变化，这个输入值称传感器的阈值电压。

13. 传感器动态

    所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。较常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

    线性度

    通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。

    拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为小二乘法拟合直线。

    灵敏度

    传感器（图5）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。

    它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

    灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。

    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过分辨率时，其输出才会发生变化。

    通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的大变化值作为衡量分辨率的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。

    9选型原则

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    要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。^[6]

    在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

    灵敏度的选择

    通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。

    传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

    频率响应特性

    传感器的频率响应特性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。实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

    传感器的频率响应越高，可测的信号频率范围就越宽。

    传感器在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过大的误差。

    线性范围

    传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

    但实际上，任何传感器都不能保证的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来*的方便。

    稳定性

    传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器*稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

    在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。

    传感器的稳定性有定量指标，在过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。

    在某些要求传感器能*使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。

    精度

    精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器阿*空压机配件。

    如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。

    对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。^[6]

    10常用术语

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14. 传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。
    1. 敏感元件是指传感器中能直接（或响应）被测量的部分。
    2. 转换元件指传感器中能较敏感元件感受（或响应）的被测量转换成是与传输和（或）测量的电信号部分。
    3. 当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。
15. 测量范围在允许误差限内被测量值的范围。
16. 量程测量范围上限值和下限值的代数差。
17. 精确度被测量的测量结果与真值间的*程度。
18. 重复性在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度：
    • 相同测量方法
    • 相同观测者
    • 相同测量仪器
    • 相同地点
    • 相同使用条件
    • 在短时期内的重复。
19. 分辨力传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的小变化量。
20. 阈值能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的小变化量。
21. 零位使输出的值为小的状态，例如平衡状态。
22. 激励为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。
23. 大激励在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的大值。
24. 输入阻抗在输出端短路时，传感器输入端测得的阻抗。
25. 输出有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。
26. 输出阻抗在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。
27. 零点输出在室内条件下，所加被测量为零时传感器的输出。
28. 滞后在规定的范围内，当被测量值增加和减少时，输出中出现的大差值。
29. 迟后输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。
30. 漂移在一定的时间间隔内，传感器输出中有与被测量无关的不需要的变化量。
31. 零点漂移在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。
32. 灵敏度传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。
33. 灵敏度漂移由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。
34. 热灵敏度漂移由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。
35. 热零点漂移由于周围温度变化而引起的零点漂移。
36. 线性度校准曲线与某一规定直线*的程度。
37. 非线性度校准曲线与某一规定直线偏离的程度。
38. *稳定性传感器在规定的时间内仍能保持不过允许误差的能力。
39. 固有频率在无阻力时，传感器的自由（不加外力）振荡频率。
40. 响应输出时被测量变化的特性。
41. 补偿温度范围使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。
42. 蠕变当被测量机器多有环境条件保持恒定时，在规定时间内输出量的变化。
43. 绝缘电阻如无其他规定，指在室温条件下施加规定的直流电压时，从传感器规定绝缘部分之间测得的电阻值。

44. 11环境影响

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    环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：

45. 高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必须加有隔热、水冷或气冷等装置。
46. 粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。从密封效果来看，焊接密封为，充填涂覆密封胶为差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。
47. 在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。
48. 电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。
49. 易燃、易爆不仅对传感器造成*性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。