传感器放置提示和技巧

一目了然 传感器放置问题 噪声影响 数据距离 超声波传感器 栏: 放置传感器时要问的五个基本问题

将热电偶放入炉内似乎是测量热处理产品温度的明显方法。但是，在确定使用何种传感器以及将其放置在何处时必须谨慎。

即使是一个高度精确的电阻温度检测器(RTD)塞在炉子的角落将只能检测其附近的温度。如果炉内的热量分布不均匀，那么局部温度可能代表也可能不代表坐在炉中间的产品的温度。

这是家庭供暖承包商在安装家用恒温器时经常犯的一个典型错误。离中央空调最近的安装位置可能对布线方便，但如果这个位置恰好在走廊或其他没有空气的地方，恒温器将无法确定房屋其他地方的平均温度。它只能在其附近维持所需的温度。房子里的其他部分可能会被烤焦或冻僵。

为了避免这样的陷阱，仪表工程师必须考虑所需数据实际存在的位置(以及是否存在)来选择传感器的位置。这可以说是最明显的放置问题，但还有其他问题也可能以更微妙的方式影响传感器的性能。这些因素包括噪声、数据距离和超声波传感器特有的因素。

测量噪声

在建议的传感器位置有太多的数据也可能是一个问题，特别是当电接地回路、机械振动、射频干扰(RFI)和其他环境因素导致测量噪声时。RFI噪声在使用对讲机、寻呼机和无线网络的工厂以及机电接触产生火花的应用中尤其常见。

例如，当附近的继电器翻转时，某些类型的接近传感器会产生假阳性信号。一个简单的解决办法是重新安置易受影响的接近传感器远离开关箱和继电器，反之亦然。如果这是不可能的，那么一些工厂的机电设备可能不得不屏蔽或替换为固态设备，以消除电弧产生的射频干扰源。

在流量测量应用中，测量噪声的一个常见来源是由管道中的弯头、连接处和阀门引起的湍流。湍流对磁性流量计来说尤其具有挑战性。简单的解决方法是将所有磁力仪放置在直管的部分或使用替代的流量测量技术，例如可以校准以处理湍流的涡流流量计。

忽略严重的噪声问题——尤其是由交流供电线路中的电流引起的RFI噪声——通常是不可取的。在60赫兹时，交流电振荡缓慢，足以对某些过程产生可观的影响。

例如，考虑使用两个相对的滚轮将热钢压扁成均匀钢板的过程，如“厚度计”示例所示。辊子下游的厚度计测量板材，并使反馈控制器施加或多或少的压力来补偿任何超出规格的厚度。

一个60赫兹的噪声叠加在厚度计的输出上，将通过控制器，并在辊压中引起60赫兹的振荡。如果薄片以每秒6英尺的速度离开滚筒，这些振荡将以每十分之一英寸出现一次的薄片上的凸起形式出现。

这些缺陷是否明显取决于原始噪声信号的幅值、滚筒的惯性和控制器的调谐。在任何情况下，如果可能的话，将测厚仪放置在远离所有交流供电线路的地方是明智的。

数据距离

厚度计的例子也说明了当传感器放置在离数据源太远的地方会发生什么。理想情况下，测厚仪应靠近辊子，以尽量缩短辊子压力变化与由此产生的厚度测量变化之间的时间。否则，控制器将无法及时发现它可能犯的任何错误，以防止更多的薄片变得太厚或太薄。

更糟糕的是，如果测厚仪位于很远的下游，厚度数据需要超过一分钟才能到达测厚仪，控制器会变得不耐烦。看到没有从最初的控制移动的结果，控制器将做一个又一个，直到一些变化开始出现在传感器报告的测量。

到那时，控制器的累积努力已经过度补偿了原始误差，导致相反方向的误差。其结果将是轧辊压力不断上下波动，大量钢材被横向波纹破坏。

超声波的例子

当放置超声波接近传感器时，距离也是一个问题。它们的工作原理是将声波脉冲反射到被探测物体上。脉冲到达物体并返回到传感器所需的时间表明了它们之间的距离，但前提是脉冲的速度已知，并且物体不是太远，返回的脉冲变得太微弱而无法检测。

当物体很小，只有一小部分声波被反射时，后一个问题就特别严重了。物体越小，超声波接近传感器就必须离得越近才能探测到它。

幸运的是，将传感器与物体之间的距离减半，返回波的强度将增加四倍，因此，即使两者之间的距离略有减少，也能大大提高传感器成功探测到物体的机会。

当物体离传感器很远，中间空气的温度会发生明显的变化时，确定超声波脉冲的速度也会成为一个问题。传感器可以测量附近空气团的温度，以确定声音通过空气团的速度有多快，但传感器无法解释超声波脉冲通过远处不同温度的空气团时速度的变化。它只能假设所有的空气都处于相同的温度。

因此，如果实际上空气的温度沿着脉冲的路径变化，传感器就会错误地计算脉冲传播的总距离，并错误地识别物体的位置。同样的问题也困扰着放置在罐中离液体表面太远的超声波液位传感器。参见“温度梯度”图形。

超声波接近传感器在检测太近的物体时也会遇到麻烦。考虑“二次回声”图中所描述的情况。在这个例子中，底部传感器和底部物体之间的距离正好是顶部传感器和顶部物体之间距离的一半。超声波脉冲穿越较短距离所需的时间应该恰好是较长距离的一半，并且较低的传感器应该能够检测到较低的物体只有一半的距离。

但是，如果底部传感器与底部物体之间的距离过小，则从底部物体反弹的声波也可能从底部传感器反弹并进行第二次往返。二次回波第二次返回传感器所需的总时间与上图中完全相同。结果，底部的传感器将“看到”两个物体——真实的物体和两倍远的幽灵物体。

有关更多传感器和特定应用的信息，请访问特定传感器供应商网站。在www.cesuppliersearch.com上找到它们。

放置传感器时要问的五个基本问题

在传感器建议的位置是否有任何有用的信息?水箱内的不完全混合、光学扫描物体上的阴影以及传感器和数据源之间的障碍物都会严重降低所收集数据的强度和准确性。

这里有多余的信息吗?不需要的数据源，如射频干扰，会给想要的数据增加太多的噪声，从而使传感器的测量变得无用。

传感器能在那里得到读数吗?在某些极端条件下，如湍流、过度振动或高温，可能会使某些传感器失效或完全失效。

从那个点传来的信息真的是我们想要的吗?放置不当可能导致传感器将听觉回声和光学反射记录为幽灵数据。

从那个地点收集到的数据能足够快地发挥作用吗?收集时间过长的数据可能会让人对当前状况产生过时的印象。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。