Selezione dei sensori, principi di base e criteri di selezione

Tutti i sensori sono classificati in base al parametro misurato. Possono anche essere classificati come passivi o attivi. Nei sensori passivi, la potenza necessaria per ottenere un'uscita è fornita dal fenomeno fisico misurato (ad es. temperatura) stesso, mentre i sensori attivi richiedono un'alimentazione esterna.

Inoltre, i sensori sono classificati come analogici o digitali a seconda del tipo di segnale di uscita. I sensori analogici producono segnali continui proporzionali al parametro rilevato e solitamente richiedono conversione analogico-digitale prima di alimentare il controller digitale.

I sensori digitali, invece, producono uscite digitali che possono essere collegate direttamente al controller digitale. Spesso le uscite digitali vengono prodotte aggiungendo un convertitore A/D al modulo sensore.

Se sono necessari molti sensori, è più economico scegliere semplici sensori analogici e collegarli a un controller digitale dotato di un convertitore A/D multicanale.

In genere, il segnale di uscita dal sensore richiede una post-elaborazione (trasformazione) prima che il segnale possa essere inviato al controllore. Il segnale di uscita del sensore può essere demodulato, amplificato, filtrato e isolato in modo che il segnale possa essere ottenuto da un convertitore analogico-digitale convenzionale del controllore (vedere Segnali analogici unificati nei sistemi di automazione). Tutta l'elettronica è integrata in un microcircuito e può essere collegata direttamente ai controller.

Il produttore del sensore di solito fornisce curve di calibrazione. Se i sensori sono stabili, non è necessario ricalibrarli. Tuttavia, il sensore deve essere ricalibrato dopo essere stato integrato con il sistema di controllo. Ciò richiede essenzialmente l'impostazione di un ingresso noto al sensore e la registrazione della sua uscita per stabilire la scala corretta.

Se il sensore viene utilizzato per misurare un segnale di ingresso variabile nel tempo, è necessaria la calibrazione dinamica. L'utilizzo di ingressi sinusoidali è il metodo più semplice e affidabile di calibrazione dinamica.

Quando si seleziona un sensore appropriato per determinare il parametro fisico richiesto, è necessario considerare una serie di fattori statici e dinamici. Di seguito è riportato un elenco di fattori tipici:

1. Intervallo: la differenza tra il valore massimo e minimo della soglia di misurazione del parametro.

2. La risoluzione è la variazione più piccola che il sensore è in grado di rilevare.

3. La precisione è la differenza tra il valore misurato e il valore reale.

4. Precisione: capacità di ripetere le misurazioni con una precisione specificata.

5. Sensibilità: il rapporto tra la variazione del segnale di uscita e la variazione dell'ingresso.

6.Zero Offset — Un valore di uscita diverso da zero per un segnale di ingresso zero.

7. Linearità — La deviazione percentuale dalla curva di calibrazione lineare best fit.

8. Deriva dello zero: il cambiamento del segnale di uscita dal valore zero per un certo periodo di tempo in assenza di un cambiamento nel segnale di ingresso.

9. Tempo di risposta: intervallo di tempo tra i segnali di ingresso e di uscita.

10. Larghezza di banda — la frequenza alla quale l'uscita diminuisce di 3 dB.

11. La risonanza è la frequenza alla quale si verifica il picco di uscita.

12. Temperatura di esercizio: l'intervallo di temperatura entro il quale il sensore deve essere utilizzato.

13. Zona morta: l'intervallo di valori di misurazione che il sensore non può misurare.

14. Rapporto segnale/rumore - il rapporto tra le ampiezze del segnale e il rumore di uscita.

La scelta di un sensore che soddisfi tutti i requisiti di cui sopra è difficile in base alle specifiche richieste. Ad esempio, la scelta di un sensore di posizione con precisione micrometrica nell'intervallo di uno o più metri esclude la maggior parte dei sensori. In molti casi, la mancanza del sensore necessario richiede una ricostruzione completa del sistema.

Una volta soddisfatti i suddetti fattori funzionali, viene generato un elenco di sensori. La scelta finale dei sensori dipenderà dalle dimensioni, dal condizionamento del segnale, dall'affidabilità, dalla manutenzione e dal costo.