Επιλογή αισθητήρων, βασικές αρχές και κριτήρια επιλογής
Όλοι οι αισθητήρες ταξινομούνται σύμφωνα με τη μετρούμενη παράμετρο. Μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ως παθητικές ή ενεργητικές. Στους παθητικούς αισθητήρες, η ισχύς που απαιτείται για τη λήψη μιας εξόδου παρέχεται από το ίδιο το μετρούμενο φυσικό φαινόμενο (π.χ. θερμοκρασία), ενώ οι ενεργοί αισθητήρες απαιτούν εξωτερική τροφοδοσία ρεύματος.
Επιπλέον, οι αισθητήρες ταξινομούνται σε αναλογικούς ή ψηφιακούς ανάλογα με τον τύπο του σήματος εξόδου. Οι αναλογικοί αισθητήρες παράγουν συνεχή σήματα που είναι ανάλογα με την ανιχνευόμενη παράμετρο και συνήθως απαιτούν μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό πριν τροφοδοτήσετε τον ψηφιακό ελεγκτή.
Οι ψηφιακοί αισθητήρες, από την άλλη πλευρά, παράγουν ψηφιακές εξόδους που μπορούν να συνδεθούν απευθείας στον ψηφιακό ελεγκτή. Συχνά παράγονται ψηφιακές έξοδοι με την προσθήκη ενός μετατροπέα A/D στη μονάδα αισθητήρα.
Εάν χρειάζονται πολλοί αισθητήρες, είναι πιο οικονομικό να επιλέξετε απλούς αναλογικούς αισθητήρες και να τους συνδέσετε σε ψηφιακό ελεγκτή εξοπλισμένο με μετατροπέα A/D πολλαπλών καναλιών.
Συνήθως, το σήμα εξόδου από τον αισθητήρα απαιτεί μετα-επεξεργασία (μετασχηματισμός) πριν το σήμα μπορεί να τροφοδοτηθεί στον ελεγκτή. Το σήμα εξόδου του αισθητήρα μπορεί να αποδιαμορφωθεί, να ενισχυθεί, να φιλτραριστεί και να απομονωθεί έτσι ώστε το σήμα να μπορεί να ληφθεί από έναν συμβατικό μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό του ελεγκτή (βλ. Ενοποιημένα αναλογικά σήματα σε συστήματα αυτοματισμού). Όλα τα ηλεκτρονικά είναι ενσωματωμένα σε ένα μικροκύκλωμα και μπορούν να συνδεθούν απευθείας σε ελεγκτές.
Ο κατασκευαστής του αισθητήρα συνήθως παρέχει καμπύλες βαθμονόμησης. Εάν οι αισθητήρες είναι σταθεροί, δεν χρειάζεται να τους επαναβαθμονομήσετε. Ωστόσο, ο αισθητήρας πρέπει να βαθμονομηθεί εκ νέου αφού ενσωματωθεί στο σύστημα ελέγχου. Αυτό ουσιαστικά απαιτεί τη ρύθμιση μιας γνωστής εισόδου στον αισθητήρα και την καταγραφή της εξόδου του για να καθοριστεί η σωστή κλιμάκωση.
Εάν ο αισθητήρας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση ενός χρονικά μεταβαλλόμενου σήματος εισόδου, απαιτείται δυναμική βαθμονόμηση. Η χρήση ημιτονοειδών εισόδων είναι η απλούστερη και πιο αξιόπιστη μέθοδος δυναμικής βαθμονόμησης.
Ένας αριθμός στατικών και δυναμικών παραγόντων πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ενός κατάλληλου αισθητήρα για τον προσδιορισμό της απαιτούμενης φυσικής παραμέτρου. Παρακάτω είναι μια λίστα με τυπικούς παράγοντες:
1. Εύρος — η διαφορά μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής του ορίου μέτρησης της παραμέτρου.
2. Η ανάλυση είναι η μικρότερη αλλαγή που μπορεί να εντοπίσει ο αισθητήρας.
3. Ακρίβεια είναι η διαφορά μεταξύ της μετρούμενης τιμής και της πραγματικής τιμής.
4. Ακρίβεια — Δυνατότητα επανάληψης μετρήσεων με καθορισμένη ακρίβεια.
5. Ευαισθησία — ο λόγος της αλλαγής του σήματος εξόδου προς την αλλαγή στην είσοδο.
6.Μηδενική μετατόπιση — Μια μη μηδενική τιμή εξόδου για ένα μηδενικό σήμα εισόδου.
7. Γραμμικότητα — Η ποσοστιαία απόκλιση από την καλύτερη προσαρμογή καμπύλη γραμμικής βαθμονόμησης.
8. Μηδενική μετατόπιση — η αλλαγή του σήματος εξόδου από τη μηδενική τιμή για ορισμένο χρονικό διάστημα απουσία αλλαγής στο σήμα εισόδου.
9. Χρόνος απόκρισης — χρονικό διάστημα μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου.
10. Εύρος ζώνης — η συχνότητα στην οποία η έξοδος πέφτει κατά 3 dB.
έντεκα. Συντονισμός είναι η συχνότητα στην οποία εμφανίζεται η κορυφή εξόδου.
12. Θερμοκρασία λειτουργίας — το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο αισθητήρας.
13. Νεκρή ζώνη — το εύρος τιμών μέτρησης που δεν μπορεί να μετρήσει ο αισθητήρας.
14. Λόγος σήματος προς θόρυβο - η αναλογία μεταξύ των πλατών του σήματος και του θορύβου εξόδου.
Η επιλογή ενός αισθητήρα που πληροί όλες τις παραπάνω απαιτήσεις είναι δύσκολη σύμφωνα με τις απαιτούμενες προδιαγραφές. Για παράδειγμα, η επιλογή ενός αισθητήρα θέσης με ακρίβεια μικρομέτρου στην περιοχή ενός ή πολλών μέτρων εξαιρεί τους περισσότερους αισθητήρες. Σε πολλές περιπτώσεις, η έλλειψη του απαραίτητου αισθητήρα απαιτεί πλήρη ανακατασκευή του συστήματος.
Μόλις ικανοποιηθούν οι παραπάνω λειτουργικοί παράγοντες, δημιουργείται μια λίστα αισθητήρων. Η τελική επιλογή των αισθητήρων θα εξαρτηθεί από το μέγεθος, τη ρύθμιση του σήματος, την αξιοπιστία, τη συντήρηση και το κόστος.