Hiện tượng trễ của cảm biến có nghĩa là phản ứng của cảm biến đối với cùng một giá trị của đại lượng đo có thể phụ thuộc vào hướng thay đổi của đại lượng đó. Cảm biến có thể hoạt động khác nhau khi nhiệt độ, áp suất hoặc khoảng cách tăng so với khi cùng một đại lượng đó giảm.

Trong các cảm biến đo lường, hiện tượng trễ (hysteresis) là một trong những thông số ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép đo. Hiện tượng trễ cũng có một chức năng quan trọng khác: tạo ra sự chênh lệch giữa ngưỡng bật và ngưỡng tắt, ngăn chặn tín hiệu đầu ra chuyển mạch liên tục do những thay đổi nhỏ của tín hiệu xung quanh một điểm ngưỡng duy nhất.

Hiện tượng trễ cảm biến là gì?

Nói một cách đơn giản, nó có thể được mô tả là sự khác biệt trong hoạt động của cảm biến khi giá trị đầu vào tăng và giảm.

Nếu một cảm biến áp suất đo áp suất, áp suất có thể tăng từ mức tối thiểu đến mức tối đa rồi giảm trở lại. Với cùng một giá trị, chẳng hạn như 5 bar, tín hiệu đầu ra có thể khác nhau một chút khi áp suất tăng so với khi áp suất giảm. Sự khác biệt này liên quan đến hiện tượng trễ của đường đo. Hiện tượng trễ là một trong những thông số cần được xem xét khi đánh giá độ chính xác của cảm biến và bộ chuyển đổi áp suất, cùng với tính phi tuyến và độ lặp lại.

Đối với cảm biến nhị phân, ý nghĩa hơi khác một chút. Hiện tượng trễ có thể xác định sự khác biệt giữa thời điểm cảm biến chuyển sang trạng thái hoạt động và thời điểm cảm biến trở lại trạng thái không hoạt động.

Hiện tượng trễ (hysteresis) hoạt động như thế nào trong các cảm biến tiệm cận?

Đối với các cảm biến cảm ứng, điện dung hoặc quang học, một vật thể có thể kích hoạt cảm biến khi nó tiến lại gần trong một khoảng cách nhất định. Khi vật thể bắt đầu di chuyển ra xa, cảm biến có thể không tắt ở cùng một vị trí mà nó đã được kích hoạt.

Ví dụ, nếu cảm biến được kích hoạt ở khoảng cách 8 mm và tắt ở khoảng cách 8,8 mm, thì độ chênh lệch khoảng cách do hiện tượng trễ gây ra sẽ là 0,8 mm.

Hành vi này là có chủ ý. Nếu hai điểm trùng nhau, những rung động nhỏ của vật thể, sự sai lệch cơ học hoặc nhiễu tín hiệu có thể gây ra hiện tượng bật/tắt nhanh chóng. Do đó, độ trễ của cảm biến tiệm cận là sự khác biệt giữa khoảng cách tác động và khoảng cách nhả, trong khi ở cảm biến quang học, nó ngăn chặn việc chuyển mạch lặp đi lặp lại xung quanh một giá trị ngưỡng.

Do đó, hiện tượng trễ tạo ra một khoảng chênh lệch giữa các ngưỡng bật và tắt, dẫn đến tín hiệu ổn định hơn cho PLC ngay cả khi vật thể được phát hiện rất gần giới hạn bật/tắt.

Hiện tượng trễ (hysteresis) được biểu thị như thế nào?

Phương pháp xác định tham số này phụ thuộc vào loại cảm biến. Giá trị độ trễ có thể được biểu thị như sau:

• Tính bằng milimét.
• Được biểu thị bằng phần trăm của phạm vi phát hiện đã xác định.
• Theo đơn vị đo lường, chẳng hạn như bar hoặc độ C.
• Biểu thị dưới dạng phần trăm của toàn bộ phạm vi đo.

Đối với cảm biến cảm ứng, các giá trị phần trăm thường được sử dụng liên quan đến phạm vi phát hiện. Ví dụ, đối với cảm biến cảm ứng TID, độ trễ chuyển mạch được quy định ở mức tối đa 15%, trong khi độ lặp lại của cảm biến được quy định riêng.

Do đó, không nên so sánh hai giá trị phần trăm mà không kiểm tra ý nghĩa của chúng trước. Độ trễ 1% của toàn bộ phạm vi đo khác với độ trễ 1% của phạm vi hoạt động được chỉ định.

Hiện tượng trễ và độ lặp lại của cảm biến.

Hiện tượng trễ và độ lặp lại là hai thông số khác nhau.

Độ lặp lại mô tả mức độ nhất quán của kết quả giữa các phép đo liên tiếp được thực hiện trong cùng điều kiện, trong khi hiện tượng trễ mô tả sự khác biệt do hướng thay đổi của đại lượng đầu vào gây ra.

Cảm biến có thể có độ lặp lại rất cao, nhưng cũng có thể thể hiện hiện tượng trễ đáng kể. Nếu cảm biến kích hoạt gần như chính xác mỗi khi vật thể tiến đến trong phạm vi 5 mm, độ lặp lại có thể rất tốt. Tuy nhiên, nếu cảm biến nhả ở khoảng cách 5,5 mm khi vật thể di chuyển ra xa, điều đó cho thấy sự khác biệt giữa điểm tác động và điểm nhả.

Do đó, các thông số này cần được phân tích riêng biệt trong tài liệu kỹ thuật. Tài liệu đặc tả cảm biến công nghiệp thường liệt kê riêng biệt độ trễ, độ lặp lại và ảnh hưởng của nhiệt độ.

Hiện tượng trễ trong các cảm biến áp suất.

Trong các cảm biến hoặc bộ chuyển đổi áp suất tương tự, hiện tượng trễ không liên quan đến hai trạng thái bật và tắt, mà là sự khác biệt trong tín hiệu đầu ra đối với cùng một giá trị áp suất được đo theo hai hướng thay đổi ngược nhau.

Ví dụ, khi tăng áp suất từ 0 đến 10 bar, giá trị đầu ra có thể được ghi nhận tại mức áp suất 5 bar. Sau đó, áp suất có thể được tăng lên đến giá trị tối đa và đầu ra được đo lại khi áp suất giảm trở về 5 bar. Sự khác biệt giữa các kết quả có thể được sử dụng để đánh giá hiện tượng trễ của cảm biến áp suất.

Trong các ứng dụng đo lường độ chính xác cao, thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến độ không đảm bảo đo. Một số nhà sản xuất quy định độ trễ riêng biệt, trong khi những nhà sản xuất khác lại đưa nó vào thông số kỹ thuật về độ chính xác tổng thể cùng với độ phi tuyến, độ lặp lại và ảnh hưởng của nhiệt độ.

Hiện tượng trễ của cảm biến nhiệt độ.

Hiện tượng trễ cũng có thể xảy ra ở các cảm biến nhiệt độ. Nếu phần tử cảm biến được làm nóng đến một nhiệt độ nhất định rồi làm nguội trở lại nhiệt độ ban đầu, tín hiệu đầu ra sẽ không nhất thiết phải hoàn toàn giống nhau.

Trong trường hợp này, độ trễ nhiệt là đặc tính của chính quá trình đo và không nên nhầm lẫn với độ trễ nhiệt độ được thiết lập trong bộ điều khiển. Trong thông số kỹ thuật của một số cảm biến nhiệt độ, độ trễ được chỉ ra như một phần của phạm vi đo, ví dụ, dưới dạng phần trăm của phạm vi nhiệt độ.

Hiện tượng trễ ngày càng trở nên quan trọng trong các ứng dụng mà cảm biến phải liên tục trải qua cùng một phạm vi nhiệt độ và yêu cầu độ nhất quán cao trong cả quá trình làm nóng và làm nguội.

Hiện tượng trễ của cảm biến và hiện tượng trễ của bộ điều khiển.

Điều quan trọng là phải phân biệt giữa hai khái niệm này.

Hiện tượng trễ của bản thân cảm biến là đặc tính của quá trình đo hoặc chuyển mạch của nó, trong khi hiện tượng trễ của bộ điều khiển có thể là một tham số được thiết lập có chủ ý trong thuật toán điều khiển.

Một ví dụ điển hình là bộ điều khiển nhiệt độ hoạt động ở chế độ bật/tắt. Thay vì chuyển mạch rơle tại một nhiệt độ duy nhất, bộ điều khiển sử dụng hai ngưỡng, giúp giảm tần số chuyển mạch của bộ chấp hành. Trong các thiết bị như vậy, giá trị độ trễ có thể là hằng số hoặc có thể điều chỉnh được. Một ví dụ là bộ điều khiển nhiệt độ và độ ẩm EHTC7425, sử dụng điều khiển bật/tắt với độ trễ có thể điều chỉnh.

Tuy nhiên, không nên cho rằng hiện tượng trễ luôn xảy ra đối xứng xung quanh một nhiệt độ nhất định. Ngưỡng nhiệt độ được xác định như thế nào phụ thuộc vào bộ điều khiển cụ thể và việc bộ điều khiển đó đang quản lý quá trình sưởi ấm, làm mát hay các quá trình khác.

Giá trị độ trễ càng cao thì càng tốt?

Không có giá trị độ trễ tối ưu duy nhất nào phù hợp cho tất cả các loại cảm biến.

Trong các cảm biến kiểu công tắc, độ trễ quá thấp có thể làm tăng nguy cơ chuyển mạch không ổn định khi vật thể rung hoặc ở gần điểm tác động. Độ trễ cao hơn làm tăng độ ổn định nhưng cũng làm tăng sự khác biệt giữa vị trí bật và tắt của công tắc.

Trong các hệ thống yêu cầu phát hiện vị trí có độ chính xác cao, phạm vi trễ quá rộng có thể là một nhược điểm. Ngược lại, trong các ứng dụng mà việc duy trì sự ổn định của đầu ra ngay cả khi có rung động và thay đổi khoảng cách nhỏ là quan trọng hơn, các giá trị cao hơn có thể là mong muốn; do đó, cần phải cân bằng giữa độ chính xác của điểm chuyển mạch và sự ổn định hoạt động.

Đối với cảm biến tương tự, tình hình thường khác. Độ trễ thấp được ưu tiên vì điều đó có nghĩa là kết quả đo ít phụ thuộc vào hướng thay đổi trước đó của đại lượng cần đo.

Liệu có thể điều chỉnh giá trị độ trễ của cảm biến không?

Điều đó phụ thuộc vào thiết kế.

Trong nhiều cảm biến công nghiệp đơn giản, giá trị độ trễ được nhà sản xuất thiết lập và người dùng không thể thay đổi. Do đó, cần phải chọn một cảm biến có các thông số đáp ứng yêu cầu ứng dụng.

Các cảm biến hiện đại hơn có thể cho phép điều chỉnh ngưỡng chuyển mạch và phạm vi trễ, bao gồm một số cảm biến khoảng cách và các mẫu có bộ khuếch đại ngoài hoặc cấu hình kỹ thuật số.

Tôi cần kiểm tra những gì trong tài liệu đặc tả kỹ thuật?

Khi phân tích hiện tượng trễ, điều đầu tiên cần kiểm tra là định nghĩa của nó. Chỉ dựa vào các con số mà không có thông tin về điều kiện đo lường có thể dẫn đến những kết luận sai lầm.

Điều quan trọng là phải xem xét liệu thông số đó đề cập đến sự khác biệt về khoảng cách, áp suất, nhiệt độ hay tín hiệu đầu ra, và liệu nó được chỉ định dưới dạng giá trị tuyệt đối hay phần trăm. Hơn nữa, cần phân biệt giữa hiện tượng trễ và độ lặp lại, độ chính xác, độ phân giải, thời gian phản hồi và ảnh hưởng của nhiệt độ.

Đối với cảm biến tiệm cận, điểm chuyển mạch thực tế có thể phụ thuộc vào loại vật liệu được phát hiện, nhiệt độ, điện áp và điều kiện lắp đặt. Do đó, điểm tác động nên nằm trong phạm vi cho phép phát hiện ổn định chứ không nhất thiết phải nằm chính xác tại giới hạn của phạm vi phát hiện do nhà sản xuất công bố.

Hiện tượng trễ của cảm biến - Thông tin quan trọng.

Hiện tượng trễ của cảm biến đề cập đến sự khác biệt trong hoạt động của cảm biến tùy thuộc vào hướng thay đổi của đại lượng đo. Trong các cảm biến tương tự, điều này có thể dẫn đến các kết quả khác nhau đối với cùng một nhiệt độ, lực hoặc áp suất. Trong các cảm biến chuyển mạch, nó thường đề cập đến sự khác biệt giữa ngưỡng tác động và ngưỡng nhả.

Trong các cảm biến tiệm cận, việc lựa chọn giá trị độ trễ phù hợp giúp ổn định tín hiệu và hạn chế hiện tượng chuyển mạch lặp đi lặp lại do những thay đổi nhỏ về vị trí. Trong đường đo, độ trễ thấp là một trong những thông số quan trọng để thu được kết quả đo chính xác và có độ lặp lại cao.

Do đó, khi lựa chọn cảm biến, người ta không chỉ nên xem xét phạm vi đo hoặc khoảng cách phát hiện, mà còn cả độ trễ, độ lặp lại, độ chính xác, ảnh hưởng của nhiệt độ và các điều kiện xác định các thông số này.