量程和精度是傳感器功能的關(guān)鍵指標，為工程師和原始設備制造商（OEM）提供了解設備層運行工況的一個(gè)窗口。
對于目前自動(dòng)化環(huán)境下的傳感器而言，更是如此。通過(guò)檢測傳輸線(xiàn)上的產(chǎn)品，監測容器中的液位來(lái)確保部件就位?？煽?、準確的檢測對象，對于工作流程至關(guān)重要。
通過(guò)了解傳感器范圍和精度的基礎知識，以及新技術(shù)是如何影響這些功能的，工程師就能為應用選擇最優(yōu)的解決方案。
傳感器量程及精度基礎
物理特性對感知功能至關(guān)重要，這些科學(xué)法則決定了量程范圍和精度。電感式接近傳感器和超聲波傳感器是現有傳感器中最常見(jiàn)的類(lèi)型。
感應接近式傳感器，內部有線(xiàn)圈，可以產(chǎn)生一個(gè)射頻場(chǎng)，來(lái)檢測目標對象的存在。為了達到最佳的精度和準確度，工程師們應該選擇最小的射頻場(chǎng)來(lái)檢測目標對象。
這是因為重復性和滯后性。重復性是操作點(diǎn)在重復操作時(shí)的準確度，通常為檢測范圍的2% 或更小。滯后是當測量目標對象接近傳感器時(shí)感知的信號，與目標離開(kāi)信號關(guān)閉時(shí)兩者之間的差異。一般計算為感知場(chǎng)變化的百分比，通常是5%。
例如，如果一個(gè)8 毫米傳感器的量程為3 毫米，重復性將是0.06 毫米，典型的滯后將是0.15 毫米。更大的80×80毫米冰球式傳感器，量程為50 毫米，重復性為1 毫米，典型的滯后為2.5 毫米。
對于那些需求非常特殊的趨近式感應傳感器應用場(chǎng)合，8 毫米傳感器會(huì )更準確，因為開(kāi)/ 關(guān)信號窗口更精確。
在更大范圍內的現場(chǎng)傳感，超聲波傳感器往往比較合適。這些傳感器利用聲波檢測目標，通過(guò)發(fā)射聲波脈沖，然后接收反射信號。
超聲波傳感器可靠檢測的距離最高可達6米。對更復雜的現場(chǎng)傳感，超聲波傳感器也非常理想，比如形狀不規則的或透明的目標、非金屬物體、更廣泛的檢測區域或者當粉塵或油膜存在時(shí)候。
液位監測和玻璃檢測是超聲波傳感器的兩個(gè)應用實(shí)例。檢測透明物體如玻璃對基于視覺(jué)的系統來(lái)說(shuō)相當具有挑戰性，但如果傳感器安裝妥當，透明材料仍能反射聲波。
液體在反射聲波時(shí)，表面清晰異常，因此超聲波傳感器通常用于監測容器中的液位。
惡劣環(huán)境也會(huì )嚴重影響范圍和精度。惡劣環(huán)境可能會(huì )涉及到大量的環(huán)境方面的挑戰，從腐蝕性化學(xué)品到灰塵和其它侵入。選擇合適的材料，可以保證傳感器能夠承受這些變化，可靠地檢測目標對象。如果有苛刻的化學(xué)品存在，不銹鋼是最好的選擇。黃銅則通常適用于無(wú)化學(xué)品的環(huán)境。
新技術(shù)對傳感器性能的影響
由于微處理器和內部傳感器技術(shù)的進(jìn)步，現在的感知傳感器正在經(jīng)歷著(zhù)性能改進(jìn)。隨著(zhù)新的解決方案進(jìn)入市場(chǎng)，工程師和原始設備制造商正在發(fā)現這些創(chuàng )新如何提高運營(yíng)中傳感器的精確度或擴展測量范圍。
IO-Link 是一種標準化的點(diǎn)對點(diǎn)通信技術(shù)。該圖演示了在傳統設備和網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品之間使用IO-Link 產(chǎn)品的情況。
其中一個(gè)進(jìn)展是IO-Link，它是一種標準化的點(diǎn)對點(diǎn)通信技術(shù)，旨在增加從傳感器收集并報告給控制器的數據。它在數據精度方面也有實(shí)際應用，特別是在模擬系統中。
在傳統的模擬系統中，一個(gè)信號可以從數字轉換到模擬，然后再傳送到可編程邏輯控制器（pLc），在那里，它從模擬信號再轉換到數字信號。每一次轉化，都可能會(huì )降低數據精度。
然而，使用IO-Link，傳感器信號在被傳輸回IO-Link 主站、并最終傳遞到pLc 之前，需要進(jìn)行一次數字傳輸。對轉換次數的限制降低了信號失真的機會(huì )。
由于數字分辨率是固定的，這種技術(shù)也提高了傳感數值的準確性。工程師可以查看二進(jìn)制數字信號，選擇具有代表性的點(diǎn)位，根據讀數作出決定。
工程師不必在期望的測量范圍內擴展模擬信號。內部微處理器的設計，可以進(jìn)行更多的線(xiàn)性化，使數字信號更準確。
傳感器設計和功能的提升
除了IO-Link，微處理器技術(shù)也對傳感器的設計和性能產(chǎn)生了根本性的影響。企業(yè)可以使用具有診斷功能的智能傳感器，能夠線(xiàn)性化內部信號，以便設計出更準確和可重復的傳感器。
在過(guò)去，電子設備占用了額外的空間，以便能夠將引線(xiàn)焊接到印刷電路板上。新的芯片設計使用封裝底部的焊料連接，可以處理更大的電流，并具有更強的處理能力和更廣的傳感范圍，占用較少的物理空間。這允許更緊湊的傳感器尺寸。最近發(fā)布的產(chǎn)品，體積要比以前的解決方案減少了30%，測量范圍擴大了50%。
傳感器設計將繼續發(fā)展，為深入了解制造過(guò)程和工作流程提供新的機會(huì )。通過(guò)為感知傳感器配置類(lèi)似的IO-Link 和功能強大的微處理器，工程師可以把系統性能和操作從PLC層提升到設備級。
