檢測與測量的方法

測量檢測術(shù)語精度精度是室溫下指示值與實(shí)際值之間的差異。在大多數(shù)情況下，精度包含有兩個(gè)主要的誤差來源：分辨率和線性度。為了估計(jì)一個(gè)測量器件所期望的精度，使用平方和的平方根方法來綜合單個(gè)的誤差源。模擬量輸出傳感器的模擬量輸出是所測量的變化量的連續(xù)輸出。該輸出的形式可以是4-20mA，0-10V 或者是其它的形式。波束角超聲波傳感器發(fā)射一束隨距離增加而發(fā)散的錐形聲波能。該波束的角度通常定義為角度。超聲波波束并不是的錐形。大部分的超聲波能量位于波束的中心。遠(yuǎn)離中心線的地方，能量越小。波束角定義為能量為中心線能量50% 的邊界處。顏色靈敏度對光學(xué)傳感器來說，顏色靈敏度是指當(dāng)目標(biāo)物體的顏色變化時(shí)，輸出值的變化。
    例如，當(dāng)目標(biāo)物體從亮白色變到幾乎是黑色時(shí)，，L - GAGE LG5 的變化將小于75μm，從接近90% 的反射率變化到10% 的反射率。注意，對非常地測量，可以使用的陶瓷目標(biāo)物體作為基礎(chǔ)，而不是標(biāo)準(zhǔn)的硬紙板目標(biāo)物體。盲區(qū)（死區(qū)）盲區(qū)指的是傳感器不能做出測量的區(qū)域。例如，某超聲波傳感器的盲區(qū)是100mm。也就是說，傳感器將忽略距離傳感器表面100mm 內(nèi)的所有的目標(biāo)物體。恰當(dāng)?shù)匕惭b部件使所需檢測的目標(biāo)物體總是處在測量范圍以內(nèi)。 DEVICENET DeviceNet 是一種總線類型的配線方式，特別用于自動化操作傳感器：允許傳感器和控制器之間通過一根電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它很像把PC 連接起來的局域網(wǎng)一樣。開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出是指當(dāng)連續(xù)的測量已達(dá)到一個(gè)特別地值時(shí)，用開- 關(guān)輸出該信號。開關(guān)量輸出特別標(biāo)示為NPN 或PNP變晶體管或電子機(jī)械繼電器。電壓降電阻電壓降電阻，也稱為負(fù)載電阻，是一個(gè)的電阻，被用來把4 - 20mA 電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。zui普通的電壓降電阻是250Ω+0.025Ω，它把電流轉(zhuǎn)換成1V - 4V 信號。為了得到較好的溫度穩(wěn)定性，電壓降電阻應(yīng)該具有0.01% / °C或更好的溫度系數(shù)。頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)指的是模擬傳感器所能追蹤的zui大的頻率。所有的模擬傳感器具有一個(gè)固有的響應(yīng)時(shí)間，這限制了它們在高頻下測量周期運(yùn)動的能力。例如，假定一個(gè)具有1.6ms 響應(yīng)時(shí)間的激光位移傳感器在測量一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓柱體的偏轉(zhuǎn)跳動。既然激光傳感器是在1.6ms 周期內(nèi)得到的平均值，它將處于峰值振中幅值記錄以下。該誤差將隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加。
     特別地，該誤差為產(chǎn)生- 3dB 誤差（ -3dB 等于30% 誤差） 的旋轉(zhuǎn)速度。對于1.0ms 的周期，-3dB 響應(yīng)頻率是450Hz。在250Hz，1.0mm 的位移將被激光傳感器報(bào)道為0.7mm。作為參考，注意在300rpm 跑著的汽車擎的曲柄軸轉(zhuǎn)速僅為50Hz。滿刻度傳感器的全刻度范圍代表著zui大可能的測量范圍。例如，一個(gè)測量從75 - 125mm 的激光位移傳感器具有50mm 的全刻度范圍。即使用戶已經(jīng)設(shè)定傳感器從100mm 讀到120mm，全刻度仍為50mm。因此，如果制造商以“全刻度的百分?jǐn)?shù)"標(biāo)識性能說明，牢記在心這一點(diǎn)很重要。誤差并不隨著校準(zhǔn)的測量跨度的增加而縮小，但如果制造商以“全刻度的百分"數(shù)標(biāo)識性能說明，誤差將隨著校準(zhǔn)的測量跨度的增加而縮小。回差通常使用回差來表示開關(guān)量輸出時(shí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的不同。例如，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)物體處于25mm 時(shí)，輸出為開；但當(dāng)目標(biāo)物體為24mm 遠(yuǎn)時(shí)，輸出仍未關(guān)。所以存在1mm 的滯后。在模擬傳感器中也使用回差來表示偏向高刻度的輸出和偏向低刻度的輸出的不同。例如，校正一個(gè)接觸探針從0 - 10mm 輸出4 - 20mA。當(dāng)從0mm 到10mm 運(yùn)動時(shí)，5mm 點(diǎn)對應(yīng)著 11.98mA 的輸出。當(dāng)從10mm 到0mm 運(yùn)動時(shí)，5mm 點(diǎn)對應(yīng)著12.02mA 的輸出。因此，回差是0.04mA，或者跨度的0.25%。在電子機(jī)械測量系統(tǒng)中，模擬回差常是可測的；在非機(jī)械傳感器中，如光電傳感器，模擬回差經(jīng)常是不重要的。線性度線性度實(shí)際上指的是傳感器輸出中的非線性的zui大值。通常定義為相對傳感器理想的輸出向上或向下zui大的偏移值。看下面的圖。應(yīng)該注意的是，線性度誤差的重復(fù)性誤差，不影響傳感器重復(fù)激活開關(guān)量輸出的能力。還有，既然線性度誤差是重復(fù)性的，在主系統(tǒng)中，它們潛在地可校正的。主系統(tǒng)中線性化方案包括實(shí)際值和理想值，它們作為插入時(shí)使用。測量范圍測量范圍指的是傳感器可以測量的zui大范圍測量跨度測量跨度通常指的是傳感器實(shí)際設(shè)定的值。例如，一個(gè)測量范圍是0.2 - 1m 的傳感器，設(shè)定測量跨度是0.5 - 0.8m。 
    PID 控制 PID 代表著Proportional Intergral Derivative 控制。PID 控制包括與設(shè)定點(diǎn)相比的可測量的過程變量，輸出控制信號的控制器，在過程中產(chǎn)生某種作用的器件。設(shè)定點(diǎn)與可測量的過程變量的不同是誤差信號。控制信號具有三個(gè)組成部分： P 與誤差信號成比例的一個(gè)信號 I 與累積誤差成比例的一個(gè)信號誤差積分誤差時(shí)間 D 與誤差信號的變化速率成比例的一個(gè)信號 PID 控制的一個(gè)例子是汽車的巡航控制。假定汽車以60mph 的速度穩(wěn)定行駛，并設(shè)定巡航（ 設(shè)定點(diǎn)是60mph，誤差信號是0 ）。汽車遇到一個(gè)陡峭的山坡，速度降為57mph （ 誤差信號是3mph ）。
    控制器通過“P"立即告訴系統(tǒng)使用更多的燃料。汽車加速到58mph。誤差乘以時(shí)間的累積術(shù)語增長，控制信號通過“I"進(jìn)一步增加。zui后汽車加速到60mph。誤差變?yōu)?。汽車通過了山項(xiàng)，并很快地加速。變化的速率，“D"告訴燃料系統(tǒng)后退，汽車又回到其穩(wěn)定的速率等等。參考條件測量傳感器的性能說明特別地指出參考條件。參考條件通常是20°C 和1atm。另外，在說明中也必須指出參考的目標(biāo)物體。對于激光傳感器，經(jīng)常使用的目標(biāo)物體是白色的陶瓷。對超聲波傳感器來說，特別使用的目標(biāo)物體是方形的金屬。重復(fù)精度傳感器的重復(fù)精度是指當(dāng)多次給定相同的輸入，傳感器的輸出不同。邦納特別使用重復(fù)性來量化開關(guān)傳感器的性能。
    對一個(gè)開關(guān)傳感器來說，重復(fù)精度指的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)物體在參考條件下的轉(zhuǎn)換距離的變化。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)激光位移傳感器在100mm 處轉(zhuǎn)換其輸出。實(shí)際的轉(zhuǎn)換距離用千分尺測20 次。數(shù)據(jù)顯示一個(gè)0.01mm的標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)2 - sigma 精度是0.02mm。分辨率在測量器件中，分辨率是zui重要的說明之一。它是測量器件所能傳感到的目標(biāo)物體位置的zui小的變化的量度。它也是當(dāng)目標(biāo)物體位于距傳感器固定的距離時(shí)，對器件輸出所期望的波動的量度。例如，考慮一個(gè)具有“0.2%測量距離"精度的器件，它距離目標(biāo)物體100mm。精度是0.2% x 100mm 或者是0.2mm。
    這意味著目標(biāo)物體位置的任何大于0.2mm 的變化將導(dǎo)致傳感器輸出中的可測量的變化。同時(shí)，這也暗示著如果目標(biāo)物體位置沒有變化，就可以預(yù)期輸出信號的噪音小于0.2mm。有時(shí)，制造商將指明輸出分辨率，在說明中以位來描述，如“12 位"。這簡單地表示線路的輸出部分具有分辨率為212 （ 4096 ）。如果一個(gè)傳感器具有100mm 的測量窗口，這等于100 / 4096 = 0.024mm。當(dāng)說明是這樣寫的時(shí)，可以確定線路其余部分的分辨率比線路的輸出部分（ 數(shù)字到模擬輪換器） 的分辨率更小。換句話說，如果一個(gè)傳感器具有0.02mm 的輸出分辨率，傳感器測量系統(tǒng)的其余部分產(chǎn)生0.5mm 的分辨率，總的分辨率被限制在0.5mm。
    響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是對傳感器如何快地響應(yīng)輸入變量的變化的一個(gè)量度。一般認(rèn)為，是傳感器輸出代表輸入變化63% 的信號時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間。例如，一個(gè)在0°C 的溫度傳感器迅速放入100°C 的水中。4 秒后，傳感讀器是63°C。因此，該傳感器的響應(yīng)時(shí)間是4 秒。跨度傳感器的跨度是設(shè)定線性輸出的范圍。例如，一個(gè)超聲波傳感器經(jīng)校準(zhǔn)后，4mA = 1’，20mA = 8"，該傳感器的跨度是7"。跨度調(diào)整范圍這代表著傳感器線性輸出的可調(diào)整量。例如，一個(gè)激光位移傳感器可能具有5 - 15mm 的跨度調(diào)整范圍，這意味著與4 -20mA 的信號相關(guān)的跨度小可以到5mm，大可以到15mm。該范圍有時(shí)也指調(diào)節(jié)比例。在上例中，調(diào)節(jié)比例是15:5 或3:1。
    平衡距離從傳感器檢測面到測量范圍的中點(diǎn)的距離。溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)定義為在每一個(gè)周圍環(huán)境的溫度的變化下， 輸出的zui大變化。溫度效應(yīng)說明的一個(gè)例子是“距離的1% / 10°C"，意思是溫度每變化10°C，傳感器輸出的變化將小于1%。更新速率傳感器的更新速率簡單地只是傳感器輸出新值的速率。不應(yīng)與響應(yīng)時(shí)間弄混淆，響應(yīng)時(shí)間通常比更新速率要慢的多。例如，一個(gè)傳感器計(jì)算得到平均運(yùn)動10ms 具有有價(jià)值的數(shù)據(jù)，每1ms 輸出一次。在這個(gè)例子中，更新速率是1 / 1ms，或者說1KHz，然而響應(yīng)時(shí)間是6ms。