即使是在熔炉的一角安装了一个高精度的热敏电阻,它也只能检测到其四周围的温度情况。如果在熔炉内的温度分布并不是均匀的话,那么该点的温度可能可以也可能不可以代表熔炉当中的确切温度。这在安装家用的调温器时,是室内供暖承包商常犯的一个典型错误。为了接线的方便,调温器将会被安装在离中央空调非常接近的地方。但是如果调温器正好安装在走廊或闭塞空间内的话,调温器就不能对室内其他地方的温度进行控制,因而只能在其就近的区域按照要求维持温度。结果就是室内的其他区域最终会变得非常炎热或寒冷。
“缩短超声波传感器与它的被测物之间二分之一的距离就能使得返回的声波强度加强四倍,因此,即使是两者之间的距离适量地减少,也可以很大幅度地提高传感器成功检测到被测物的概率。”
为了避免上述的缺点,一名仪表工程师必须考虑所需的数据在哪里是(是否是)准确的,并以此来选择传感器安装的位置。大多数理想的安装地点时非常明显的,但是也有些非常微小的因素影响着传感器的性能。这其中包括噪声、数据远传及超声波传感器一些独有的特点。
测量噪声
如果有太多多余的数据存在于设定的传感器安装位置处的话,也会产生问题。 特别是当电气接地回路,机械震动,射频干扰(RFI)及其他一些环境因素引起了测量噪声时。RFI 噪声在使用无线电话机、传呼机、无线网络及因为使用机电触点而引发火花的工厂中是普遍存在的。
图1:一个可选的测厚仪安装在辊子的下游部分,来测量钢板厚度。如果测厚仪安装在远离辊子的地方,那么就会因为控制器需要很长时间来校正厚度测量的误差,使得控制器变得不耐烦从而使事情变得更糟。如果测厚仪安装在靠近交流供电回路的话,那么一个60Hz的噪声信号会干扰仪表的测量并导致钢板厚度的波动。
比如说,有些接近传感器在靠近一个继电器的时候可能会产生一个错误的正信号。简单的安装方法就是将易受干扰的接近传感器重新安装在远离开关盒和继电器的地方,或者反之,如果重新安装是不可能的,那么就必须对工厂中的一些机电设备进行屏蔽或更换固态设备来消除RFI的产生源头。
在流量测量的应用中,由于管道中的转弯处,连接处及阀门处引起的紊流是导致测量噪声的一个基本原因。紊流对磁流量计的影响特别大。简单的安装方法就是将所有磁流量计都安装在直通管道部分或者使用其他的一些流量测量技术,如涡街流量计,它可以对紊流的情况进行校正。
通常情况下有个严重的问题是不能被忽视的,那就是噪声问题——特别是由于交流供电回路引起的RFI噪声。60Hz交流电由于其足够慢的电流振荡可以对一些生产过程产生显著的影响。
正如在“测厚仪”图中所举的例子 :通过两个转动方向相反的辊子将热轧钢压平成统一厚度的钢板。一个安装在辊子的下游部分的测厚仪被用来测量钢板厚度,并对控制器产生反馈信号从而增加或减少压力来对超出规定厚度值的情况进行补偿。
一个与测厚仪输出信号重叠的60Hz的噪声信号会通过控制器使辊子的压力产生60Hz的振荡。如果钢板是放在速度为6英尺每秒的辊子上的话,上述的振荡就会使钢板表面上每隔十分之一英寸出现一个凸出物。
这一缺陷是否显著取决于初始噪声信号的振幅、辊子的惯性及控制器的调谐性。无论如何,在尽可能的情况下,将测厚仪安装在远离交流供电的电路是种谨慎的做法。
数据远传
测厚仪的例子同样可以说明当一个传感器安装在远离数据源的时候可能发生的情况。理论上测厚仪应该安装在靠近辊子的地方,这样就能减少辊子上的压力变化和由该压力变化导致的厚度的测量值变化两者之间所需的时间。然而,这样的话控制器就不能检测到任何错误,那么控制器就不能避免有很多钢板会出现或厚或薄的情况。
如果测厚仪安装在远离辊子的下游部分,那么厚度数据要传输到测厚仪需要一定的时间,这样的话情况会更糟,因为控制器会变得“不耐烦”。由于在初始控制动作后看不到任何结果,控制器就会继续不停的动作直到传感器的测量开始出现变化。
到那时,控制器的积聚效应已经对原差进行了过度的补偿,从而产生了个反向错误。 结果就导致了辊子的压力恒定地上下波动,使得大量地钢板由于侧向波状变形而损坏。
超声波传感器举例
当安装了超声波接近传感器时,距离也会成为问题。这项工作就是从被测物体上检测到反射的声波脉冲。脉冲信号从到达物体后再回到传感器所需的时间表明了物体与传感器之间的距离。但是脉冲信号的速度必须是已知的,而且物体与传感器间的距离不能太远,不然反射回来的脉冲信号会太弱以至于不能被检测到。
当被测物体积太小以至于只有部分的声波可以经它反射回来,那么接下来的问题就尤其严重。被测物越小那么超声波接近传感器就必须离它越近,这样才能检测到被测物。而幸运的是,传感器和被测物之间的距离与返回的声波强度是四倍的关系,所以,即使是两者之间的距离适量地减少,也可以很大幅度地提高传感器成功检测到被测物的概率。
当被测物远离传感器时,在两者间的空气温度的变化很显著,那么决定超声波脉冲的速度也会成为个问题。传感器只能测量其四周围气体的温度,并以此来决定声波的传播速度为多少,但是在远距离传输过程中的空气温度并不都相同,而传感器并不能考虑到这温度的差异进而改变超声波的传输速度。它只能假设所有的空气温度都是相同的。
因此如果在脉冲的传输过程中的实际温度一直是变化的,传感器就会错误的计算脉冲信号传输的总距离,被测物的定位的定位也会发生偏差。同样地问题也存在于超声波液位传感器上,当液位传感器安装在远离储罐内液体表面的地方的时候。见图“温度梯度”。
图2:从安装在储罐顶部的超声波液位传感器发出的脉冲信号由于在通往储罐底部炙热液体过程中的气体温度变得越来越热,其传输速度也变得越来越快。这样就缩短了脉冲信号反射回传感器所需的时间,从而导致了传感器所发出的液位数据比真实值要高。如果将传感器安装在靠近液体表面的话就能降低在传感器下方形成温度梯度的可能性。
图3:底部的接近传感器安装得太靠近被测物,从而会导致传感器发射出来的脉冲信号可能反射两次。因此传感器会同时检测到真实的被测物距离和两倍于真实值的被测物幻象。
超声波接近传感器对离得太近的物体距离测量也会有问题。考虑 “二次回波”图中所描述的情况。在这情况下,底部传感器到底部被测物的距离正好是顶部传感器到顶部被测物的距离的一半。那么超声波脉冲信号在较短间隔的传感器和被测物之间传输的时间应该也正好是较长间隔距离的一半。
然而,如果底部传感器和底部被测物之间的距离很小,那么经过底部被测物反射的声波也会被底部传感器反射一次,那么声波的行程就增加了一倍。二次回波回到传感器所需的时间应该正好与顶部传感器测出的时间一致。结果就是底部传感器会测出两个物体:一个是真实的物体,另一个是在两倍距离外的虚像。
安装传感器时,5个需要解答的基本问题
有没有一些对传感器安装位置有用的信息?当传感器安装储槽中时,可以肉眼观察测量目标上的阴影的大小,因为传感器与数据源之间的阻塞物将大大地减少数据采集的强度和精度。
还有没有额外的有用信息?多余地信息源诸如射频干扰可以在所需的数据上增加很多噪声信号那么传感器的测量就会变得毫无用处。
传感器是不是可以准确地读出数据?在一些极端地情况下如紊流,过度地振动或高温条件下一些传感器可能会失效或完全的损坏。
所接受到的信息是否就是从需要测量的地方传输过来的信息?错误的安装可能导致传感器将听觉反馈和视觉反馈的虚像信号记录下来。
足够快地从一点采集到数据是否有什么好处呢?数据采集的时间如果过长那么对当前的情况来说,所采集的数据就已经过时了。