Dobór czujników, podstawowe zasady i kryteria doboru
Wszystkie czujniki są klasyfikowane zgodnie z mierzonym parametrem. Można je również podzielić na pasywne i aktywne. W czujnikach pasywnych moc potrzebną do uzyskania wyjścia zapewnia samo mierzone zjawisko fizyczne (np. temperatura), podczas gdy czujniki aktywne wymagają zewnętrznego zasilania.
Ponadto czujniki klasyfikuje się jako analogowe lub cyfrowe w zależności od rodzaju sygnału wyjściowego. Czujniki analogowe wytwarzają ciągłe sygnały, które są proporcjonalne do wykrywanego parametru i zwykle wymagają konwersja analogowo-cyfrowa przed podaniem do sterownika cyfrowego.
Z drugiej strony czujniki cyfrowe wytwarzają wyjścia cyfrowe, które można podłączyć bezpośrednio do sterownika cyfrowego. Często wyjścia cyfrowe są wytwarzane przez dodanie przetwornika A/D do modułu czujnika.
Jeśli potrzebnych jest wiele czujników, bardziej opłaca się wybrać proste czujniki analogowe i podłączyć je do sterownika cyfrowego wyposażonego w wielokanałowy przetwornik A/D.
Zazwyczaj sygnał wyjściowy z czujnika wymaga obróbki końcowej (transformacji), zanim będzie mógł zostać doprowadzony do sterownika. Sygnał wyjściowy czujnika można demodulować, wzmacniać, filtrować i izolować, dzięki czemu sygnał można uzyskać za pomocą konwencjonalnego przetwornika analogowo-cyfrowego sterownika (patrz- Zunifikowane sygnały analogowe w systemach automatyki). Cała elektronika jest zintegrowana w jednym mikroukładzie i może być podłączona bezpośrednio do kontrolerów.
Producent czujnika zazwyczaj udostępnia krzywe kalibracyjne. Jeśli czujniki są stabilne, nie ma potrzeby ich ponownej kalibracji. Jednak czujnik musi zostać ponownie skalibrowany po zintegrowaniu go z systemem sterowania. Zasadniczo wymaga to ustawienia znanego wejścia czujnika i zarejestrowania jego wyjścia w celu ustalenia prawidłowego skalowania.
Jeśli czujnik jest używany do pomiaru sygnału wejściowego zmiennego w czasie, wymagana jest kalibracja dynamiczna. Korzystanie z wejść sinusoidalnych jest najprostszą i najbardziej niezawodną metodą kalibracji dynamicznej.
Przy wyborze odpowiedniego czujnika w celu określenia wymaganego parametru fizycznego należy wziąć pod uwagę szereg czynników statycznych i dynamicznych. Poniżej znajduje się lista typowych czynników:
1. Zakres — różnica między maksymalną a minimalną wartością progu pomiaru parametru.
2. Rozdzielczość to najmniejsza zmiana, jaką może wykryć czujnik.
3. Dokładność to różnica między wartością zmierzoną a wartością rzeczywistą.
4. Precyzja — Możliwość powtarzania pomiarów z określoną dokładnością.
5. Czułość — stosunek zmiany sygnału wyjściowego do zmiany sygnału wejściowego.
6.Zero Offset — Niezerowa wartość wyjściowa dla zerowego sygnału wejściowego.
7. Liniowość — Odchylenie procentowe od najlepiej dopasowanej krzywej kalibracji liniowej.
8. Dryf zera — zmiana sygnału wyjściowego od wartości zerowej przez określony czas przy braku zmiany sygnału wejściowego.
9. Czas odpowiedzi — odstęp czasu między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi.
10. Szerokość pasma — częstotliwość, przy której sygnał wyjściowy spada o 3 dB.
11. Rezonans to częstotliwość, przy której występuje szczytowa wartość wyjściowa.
12. Temperatura pracy — zakres temperatur, w których czujnik ma być używany.
13. Martwa strefa — zakres wartości pomiarowych, których czujnik nie może zmierzyć.
14. Stosunek sygnału do szumu - stosunek amplitud sygnału do szumu wyjściowego.
Wybór czujnika spełniającego wszystkie powyższe wymagania jest trudny zgodnie z wymaganą specyfikacją. Na przykład wybór czujnika położenia o dokładności mikrometra w zakresie jednego lub kilku metrów wyklucza większość czujników. W wielu przypadkach brak niezbędnego czujnika wymaga całkowitej przebudowy układu.
Po spełnieniu powyższych czynników funkcjonalnych generowana jest lista czujników. Ostateczny wybór czujników będzie zależał od rozmiaru, kondycjonowania sygnału, niezawodności, konserwacji i kosztów.