技术进展 | 智能传感器来了，可你真的了解它吗？

流心筱

技术进展 | 智能传感器来了，可你真的了解它吗？



量程和精度是传感器功能的关键指标，为工程师和原始设备制造商（OEM）提供了解设备层运行工况的一个窗口。



对于目前自动化环境下的传感器而言，更是如此。通过检测传输线上的产品，监测容器中的液位来确保部件就位。可靠、准确的检测对象，对于工作流程至关重要。

通过了解传感器范围和精度的基础知识，以及新技术是如何影响这些功能的，工程师就能为应用选择最优的解决方案。


传感器量程及精度基础



物理特性对感知功能至关重要，这些科学法则决定了量程范围和精度。电感式接近传感器和超声波传感器是现有传感器中最常见的类型。

感应接近式传感器，内部有线圈，可以产生一个射频场，来检测目标对象的存在。为了达到最佳的精度和准确度，工程师们应该选择最小的射频场来检测目标对象。
这是因为重复性和滞后性。重复性是操作点在重复操作时的准确度，通常为检测范围的2% 或更小。滞后是当测量目标对象接近传感器时感知的信号，与目标离开信号关闭时两者之间的差异。一般计算为感知场变化的百分比，通常是5%。
例如，如果一个8 毫米传感器的量程为3 毫米，重复性将是0.06 毫米，典型的滞后将是0.15 毫米。更大的80×80毫米“冰球”式传感器，量程为50 毫米，重复性为1 毫米，典型的滞后为2.5 毫米。

对于那些需求非常特殊的趋近式感应传感器应用场合，8 毫米传感器会更准确，因为开/ 关信号窗口更精确。
在更大范围内的现场传感，超声波传感器往往比较合适。这些传感器利用声波检测目标，通过发射声波脉冲，然后接收反射信号。
超声波传感器可靠检测的距离最高可达6米。对更复杂的现场传感，超声波传感器也非常理想，比如形状不规则的或透明的目标、非金属物体、更广泛的检测区域或者当粉尘或油膜存在时候。
液位监测和玻璃检测是超声波传感器的两个应用实例。检测透明物体如玻璃对基于视觉的系统来说相当具有挑战性，但如果传感器安装妥当，透明材料仍能反射声波。
液体在反射声波时，表面清晰异常，因此超声波传感器通常用于监测容器中的液位。
恶劣环境也会严重影响范围和精度。恶劣环境可能会涉及到大量的环境方面的挑战，从腐蚀性化学品到灰尘和其它侵入。选择合适的材料，可以保证传感器能够承受这些变化，可靠地检测目标对象。如果有苛刻的化学品存在，不锈钢是最好的选择。黄铜则通常适用于无化学品的环境。
新技术对传感器性能的影响



由于微处理器和内部传感器技术的进步，现在的感知传感器正在经历着性能改进。随着新的解决方案进入市场，工程师和原始设备制造商正在发现这些创新如何提高运营中传感器的精确度或扩展测量
其中一个进展是IO-Link，它是一种标准化的点对点通信技术，旨在增加从传感器收集并报告给控制器的数据。它在数据精度方面也有实际应用，特别是在模拟系统中。
在传统的模拟系统中，一个信号可以从数字转换到模拟，然后再传送到可编程逻辑控制器（pLc），在那里，它从模拟信号再转换到数字信号。每一次转化，都可能会降低数据精度。
然而，使用IO-Link，传感器信号在被传输回IO-Link 主站、并最终传递到pLc 之前，需要进行一次数字传输。对转换次数的限制降低了信号失真的机会。
由于数字分辨率是固定的，这种技术也提高了传感数值的准确性。工程师可以查看二进制数字信号，选择具有代表性的点位，根据读数作出决定。
工程师不必在期望的测量范围内扩展模拟信号。内部微处理器的设计，可以进行更多的线性化，使数字信号更准确。

传感器设计和功能的提升



除了IO-Link，微处理器技术也对传感器的设计和性能产生了根本性的影响。企业可以使用具有诊断功能的智能传感器，能够线性化内部信号，以便设计出更准确和可重复的传感器。

在过去，电子设备占用了额外的空间，以便能够将引线焊接到印刷电路板上。新的芯片设计使用封装底部的焊料连接，可以处理更大的电流，并具有更强的处理能力和更广的传感范围，占用较少的物理空间。这允许更紧凑的传感器尺寸。最近发布的产品，体积要比以前的解决方案减少了30%，测量范围扩大了50%。
传感器设计将继续发展，为深入了解制造过程和工作流程提供新的机会。通过为感知传感器配置类似的IO-Link 和功能强大的微处理器，工程师可以把系统性能和操作从PLC层提升到设备级

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