En sensor är en enhet som känner av ett fysiskt tillstånd eller en förändring i sin omgivning och omvandlar det till en signal som kan mätas, visas eller användas av ett styrsystem. Tillståndet kan vara tryck, temperatur, nivå, flöde, position, luftfuktighet eller någon annan variabel. I industriella tillämpningar är sensorn den del som “känner av” processen och omvandlar det som händer i den verkliga världen till användbar information.
Hur en sensor fungerar
Varje sensor börjar med en mätstorhet, som är den fysiska storhet som observeras. I en tryckapplikation är mätstorheten t.ex. tryck. I en tank kan det vara vätskenivån. I en maskin kan det vara en vibration eller temperatur.
Sensorelementet reagerar på den fysiska inmatningen. En trycksensor kan använda ett membran som böjer sig något när det utsätts för tryck. En temperatursensor kan använda ett material vars elektriska motstånd ändras med temperaturen. Sensorn omvandlar sedan den fysiska förändringen till en elektrisk utsignal, t.ex. en spänning, strömsignal, motståndsförändring eller digital kommunikationssignal.
Utgången kan sedan användas av en PLC, en display, ett styrsystem, ett larm eller en datalogger.
Varför sensorer är viktiga
Utan sensorer finns det inget tillförlitligt sätt att övervaka eller styra processen. De är nödvändiga eftersom de tillhandahåller de verkliga mätdata som operatörer och system är beroende av.
Inom industrin används sensorer för att:
- övervaka processförhållanden
- skydda utrustningen
- upprätthålla produktkvaliteten
- förbättra effektiviteten
- stödja automation och säkerhet
En styrslinga för tanknivå är till exempel beroende av en sensor som talar om för systemet hur mycket vätska som finns i tanken. En tryckregleringsslinga är beroende av en sensor för att visa om trycket är för högt, för lågt eller inom målområdet.
Vanliga typer av sensorer
Sensorer finns i många olika former, beroende på vad som ska mätas.
Tryckgivare
En trycksensor mäter den kraft som utövas av en gas eller vätska. Det är en av de vanligaste givartyperna inom processindustrin. Tryckgivare används i pumpar, tankar, rörsystem, hydraulsystem, livsmedelsproduktion, vattenrening och energiapplikationer.
Pondus Instruments erbjuder flera lösningar för tryck- och nivåmätning där avkänningsprincipen baseras på piezoresistiv teknik. PT600-serien stöder till exempel tryck-, differenstryck- och nivåmätning med 4-20 mA-, HART- och MODBUS-kommunikation.
Nivågivare
En nivågivare mäter hur mycket vätska eller material som finns i en tank, en grop, en reservoar eller ett kärl. Vissa nivåsensorer mäter direkt, medan andra härleder nivåerna från hydrostatiskt tryck.
Den dränkbara nivåtransmittern LT100 är ett exempel på en sensor som är utformad för nivåmätning i vätskor där det inte är praktiskt med en tryckanslutning i botten. Den använder en dränkbar sond och HART-kommunikation för konfiguration och mätning.
Temperaturgivare
En temperaturgivare känner av värme och omvandlar den till en läsbar signal. De används ofta i system för processtyrning, HVAC, tillverkning och laboratorier.
Positions- och närhetssensorer
Dessa sensorer känner av rörelse, plats eller närvaro av ett objekt. De är vanliga inom automation, maskinsäkerhet och robotteknik.
Flödessensorer
En flödessensor mäter hur mycket vätska eller gas som rör sig genom ett rör eller system. De används där noggrann dosering, batchning eller processtyrning är viktigt.
Skillnaden mellan en sensor och en transmitter
Dessa två termer används ofta tillsammans, men de är inte alltid exakt desamma.
En sensor är ett element som detekterar den fysiska variabeln.
En transmitter innehåller vanligtvis sensorn plus elektronik som omvandlar sensorsignalen till en standardiserad utgång, t.ex. 4-20 mA, HART eller MODBUS, så att den kan skickas till ett styrsystem.
I många industriprodukter är sensorn och transmittern inbyggda i en och samma enhet. Det är vanligt inom tryckinstrumentering. En trycktransmitter innehåller t.ex. avkänningselementet, kompensationselektroniken och utgångsgränssnittet i en och samma enhet. Pondus Instruments och LT100 är exempel på denna typ av integrerad mätutrustning.
Vad gör en sensor lämplig för industriellt bruk?
Alla sensorer passar inte alla applikationer. I industriella miljöer måste rätt givare passa både processen och driftförhållandena.
Viktiga faktorer att ta hänsyn till är noggrannhet, stabilitet, temperaturprestanda, överbelastningsbeständighet, kemisk kompatibilitet, hygienkrav och typ av utgång.
PT600-transmittrarna är t.ex. konstruerade med modulär konstruktion, flera processanslutningsalternativ, digital kommunikation och låg temperaturdrift för krävande tryck- och nivåapplikationer.
I applikationer med höga nivåer kan en dränkbar konstruktion som LT100 vara mer lämplig, särskilt där en bottenmonterad tryckanslutning inte är möjlig eller önskvärd.
Sensorer för tryckmätning
Vid tryckmätning är sensorn ofta uppbyggd kring ett membran och ett avkänningselement. När processtrycket verkar på membranet överförs kraften till sensorelementet, som producerar en motsvarande elektrisk signal.
Enligt Pondus dokumentation använder tryck- och nivåutförandet PT600 en piezoresistiv tryckgivare som är ansluten till processen via ett membran och ett kapillärrör, medan differenstrycksversionen använder en central piezoresistiv givare som är ansluten mellan membrankammare.
Det här är ett bra exempel på hur den allmänna definitionen av en sensor blir praktisk i verklig instrumentering: sensorn känner av tryck och transmitterelektroniken omvandlar mätningen till en stabil industrisignal.
Bästa praxis vid val av sensor
När du ska välja givare bör du utgå från applikationen snarare än produktnamnet. Den viktigaste frågan är inte bara “Vilken givare behöver jag?” utan “Exakt vad måste mätas, under vilka förhållanden och i vilket syfte?”
En bra urvalsprocess tar hänsyn till mätstorheten, mätområdet, mediekompatibilitet, monteringsmetod, temperatur, tryckspikar, rengöringskrav och kommunikationsbehov.
För tryck- och nivåmätning är det också viktigt att fundera på om du behöver övertryck, absolut tryck, differenstryck eller hydrostatisk nivåmätning. Det beslutet påverkar avkänningsprincipen och transmitterns konstruktion.
Slutsats
En sensor är den del av ett instrument som känner av ett verkligt fysiskt tillstånd och omvandlar det till en användbar signal. Den utgör grunden för mätning inom automation och processtyrning. Oavsett om uppgiften är att mäta tryck i ett rör, nivå i en tank eller temperatur i ett system, är det sensorn som möjliggör tillförlitlig övervakning.
För tryck-, differenstryck- och nivåapplikationer är det lika viktigt att välja rätt givarkonstruktion som att välja rätt utsignal eller anslutning. Produkter som PT600 och LT100 visar hur det avkännande elementet och transmitterelektroniken fungerar tillsammans i praktiska industriella lösningar.
Har du fler frågor eller behöver du vägledning för att välja rätt trycktransmitter? Kontakta Pondus Instruments så hjälper vi dig att hitta den lösning som bäst passar dina behov.
