Lựa chọn cảm biến, nguyên tắc cơ bản và tiêu chí lựa chọn

Tất cả các cảm biến được phân loại theo thông số đo được. Chúng cũng có thể được phân loại là thụ động hoặc chủ động. Trong các cảm biến thụ động, năng lượng cần thiết để thu được đầu ra được cung cấp bởi chính hiện tượng vật lý đo được (ví dụ: nhiệt độ), trong khi các cảm biến chủ động yêu cầu nguồn điện bên ngoài.

Ngoài ra, các cảm biến được phân loại là tương tự hoặc kỹ thuật số tùy thuộc vào loại tín hiệu đầu ra. Cảm biến analog tạo ra các tín hiệu liên tục tỷ lệ với tham số được phát hiện và thường yêu cầu chuyển đổi tương tự sang số trước khi nạp vào bộ điều khiển kỹ thuật số.

Mặt khác, các cảm biến kỹ thuật số tạo ra các đầu ra kỹ thuật số có thể được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển kỹ thuật số. Đầu ra kỹ thuật số thường được tạo ra bằng cách thêm bộ chuyển đổi A/D vào mô-đun cảm biến.

Nếu cần nhiều cảm biến, sẽ tiết kiệm hơn nếu chọn các cảm biến analog đơn giản và kết nối chúng với bộ điều khiển kỹ thuật số được trang bị bộ chuyển đổi A/D đa kênh.

Thông thường, tín hiệu đầu ra từ cảm biến yêu cầu xử lý hậu kỳ (biến đổi) trước khi tín hiệu có thể được đưa đến bộ điều khiển. Tín hiệu đầu ra của cảm biến có thể được giải điều chế, khuếch đại, lọc và cách ly để có thể thu được tín hiệu bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số thông thường của bộ điều khiển (xem- Tín hiệu tương tự thống nhất trong các hệ thống tự động hóa). Tất cả các thiết bị điện tử được tích hợp vào một vi mạch và có thể được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển.

Nhà sản xuất cảm biến thường cung cấp các đường cong hiệu chuẩn. Nếu cảm biến ổn định thì không cần hiệu chuẩn lại. Tuy nhiên, cảm biến phải được hiệu chuẩn lại sau khi nó được tích hợp với hệ thống điều khiển. Điều này về cơ bản yêu cầu thiết lập một đầu vào đã biết cho cảm biến và ghi lại đầu ra của nó để thiết lập tỷ lệ chính xác.

Nếu cảm biến được sử dụng để đo tín hiệu đầu vào thay đổi theo thời gian, thì cần phải hiệu chuẩn động. Sử dụng đầu vào hình sin là phương pháp hiệu chuẩn động đơn giản và đáng tin cậy nhất.

Một số yếu tố tĩnh và động phải được xem xét khi chọn một cảm biến thích hợp để xác định tham số vật lý cần thiết. Dưới đây là danh sách các yếu tố điển hình:

1. Phạm vi — chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của ngưỡng đo tham số.

2. Độ phân giải là thay đổi nhỏ nhất mà cảm biến có thể phát hiện.

3. Độ chính xác là hiệu số giữa giá trị đo được và giá trị thực.

4. Độ chính xác — Khả năng lặp lại phép đo với độ chính xác xác định.

5. Độ nhạy — tỷ lệ thay đổi của tín hiệu đầu ra so với thay đổi của đầu vào.

6.Zero Offset — Giá trị đầu ra khác không cho tín hiệu đầu vào bằng không.

7. Độ tuyến tính — Độ lệch phần trăm so với đường chuẩn tuyến tính phù hợp nhất.

8. Zero drift — sự thay đổi của tín hiệu đầu ra từ giá trị 0 trong một khoảng thời gian nhất định khi không có sự thay đổi của tín hiệu đầu vào.

9. Thời gian đáp ứng — khoảng thời gian giữa các tín hiệu đầu vào và đầu ra.

10. Băng thông — tần số mà đầu ra giảm 3 dB.

11. Cộng hưởng là tần số tại đó đỉnh đầu ra xảy ra.

12. Nhiệt độ hoạt động — phạm vi nhiệt độ mà cảm biến sẽ được sử dụng.

13. Vùng chết—dải giá trị đo mà cảm biến không đo được.

14. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu - tỷ lệ giữa biên độ của tín hiệu và nhiễu đầu ra.

Chọn một cảm biến đáp ứng tất cả các yêu cầu trên là khó khăn theo thông số kỹ thuật cần thiết. Ví dụ: chọn cảm biến vị trí có độ chính xác micromet trong phạm vi một hoặc vài mét sẽ loại trừ hầu hết các cảm biến. Trong nhiều trường hợp, việc thiếu cảm biến cần thiết đòi hỏi phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống.

Khi các yếu tố chức năng trên được thỏa mãn, một danh sách các cảm biến sẽ được tạo. Sự lựa chọn cuối cùng của cảm biến sẽ phụ thuộc vào kích thước, điều hòa tín hiệu, độ tin cậy, bảo trì và chi phí.