Hoe selecteer je de juiste afstandssensor?
Bij veel applicaties speelt de nauwkeurigheid van de sensor een grote rol. Vaak wordt de nauwkeurigheid afgeleid van de resolutie in de datasheet. Dit is gevaarlijk aangezien de resolutie maar één aspect van de totale nauwkeurigheid is. Er zijn in totaal vijf criteria waarmee rekening gehouden moet worden. Laten we eerst de belangrijke factoren in elk meetsysteem definiëren.
Resolutie
Resolutie is de kleinste verandering in de meting waar de sensor een verandering in de outputwaarde voor zal geven.
Repeatability
Repeatability is de variatie in de meting die de sensor zal geven bij het testen op dezelfde fysieke positie met hetzelfde object. In een toepassing is repeatability gelijk aan ‘ruis’.
Linearity-waarde
In de perfecte wereld, zouden alle gemeten waarden langs het bereik van minimum tot maximum een rechte lijngrafiek moeten geven, maar in werkelijkheid is dit niet het geval. De linearity-waarde heeft betrekking op de grootste afwijking tussen perfecte en reële resultaten.
Testcriteria
De vierde factor die vaak over het hoofd wordt gezien, zijn de testcriteria die worden gebruikt om deze waarden te genereren. Er wordt hierbij gesproken over de waarde ‘sigma’. Sommige fabrikanten gebruiken één sigma (1σ) waarden in hun datasheets, sommige drie sigma (3σ) en een enkele geven zes sigma (6σ) resultaten. Deze sigmawaarden zijn echter heel belangrijk voor de nauwkeurigheid van de sensor.
Eén sigma, drie sigma, zes sigma
Eén sigma geeft een waarde die in slechts 68,3% van de metingen correct is, dus het is geen zinvolle waarde, ongeacht de resolutie of lineariteit van de sensor.
Drie sigma geeft een waarde die in 99,73% van de metingen correct is, dat wil zeggen dat bij 10.000 metingen er 27 verkeerd zijn. Maar
moderne productiesystemen produceren miljoenen componenten. Met de drie sigmawaarden kunnen 2700 van de 1 miljoen waarden verkeerd zijn.
Een zes sigmasensor verbetert de nauwkeurigheid tot 3,4 fouten per miljoen metingen. Dat is tevens de norm in veel industrieën.
Het is dus van cruciaal belang bij het selecteren van sensoren voor meettoepassingen dat de specificaties zorgvuldig worden vergeleken.
Temperatuur
Tot slot moeten we rekening houden met de temperatuur en de verandering ervan. Een verandering van temperatuur zorgt voor een variatie van de grootte in materialen. Afhankelijk van de uitzettingscoëfficiënt van het materiaal zal de verandering verschillen. Voor hoogwaardige sensoren worden daarom alleen materialen gebruikt die een zeer lage temperatuurdrift hebben, zoals speciale metalen of glas in plaats van kunststoffen. Daarnaast zijn er actieve maatregelen om de meetonnauwkeurigheid (drift) te onderdrukken, bijvoorbeeld met een intelligente constructie of temperatuurcompensatie via software.
Meestal wordt de temperatuurafwijking gegeven als %/K, bijvoorbeeld 0,08%/K. Dit betekent dat een sensor met een detectiebereik tot 1000 mm een afwijking van 0,8 mm per 1K temperatuurverandering zou hebben. Voor nauwkeurige toepassingen is dit natuurlijk te veel. Daarom heeft de nieuwe generatie sensoren de eigenschappen
tot 0,01%/K aanzienlijk verbeterd.
