Repeatability - độ lặp lại của cảm biến/sai số lặp lại của cảm biến là thông số đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu đo liên tục, điều khiển vòng kín, positioning, kiểm tra sản phẩm hoặc các quy trình mà ở đó hệ thống phải đưa ra quyết định dựa trên sự thay đổi rất nhỏ của tín hiệu.
ĐỘ LẶP LẠI CỦA CẢM BIẾN (REPEATABILITY) LÀ GÌ?
Repeatability là gì? Repeatability (độ lặp lại của cảm biến/sai số lặp lại của cảm biến) có thể hiểu là khả năng cảm biến tạo ra các kết quả đo giống/gần giống nhau khi áp dụng cho cùng một đại lượng, cùng điều kiện môi trường, cùng phương pháp và trong một khoảng thời gian ngắn.
Để dễ hiểu, nếu bạn dùng cảm biến áp suất để đo trong một đường ống dẫn khí nhiều lần liên tiếp, độ lặp lại chính là mức độ "ăn khớp" giữa các kết quả đo, chứ không phải mức độ chính xác so với giá trị thật.
Ví dụ: Một cảm biến áp suất được cấp cùng một áp suất chuẩn 10 bar nhiều lần liên tiếp. Nếu kết quả của các kết quả đo lần lượt là 10,01 bar - 10,02 bar - 10,01 bar - 10,02 bar thì cảm biến có độ lặp lại tốt. Nếu kết quả dao động từ 10,95 - 10,08 bar thì độ lặp lại của cảm biến kém hơn.
Lưu ý: Repeatability không nói lên được việc cảm biến có đo đúng giá trị thực tế hay không. Về mặt kỹ thuật, sai số lặp lại của cảm biến cũng được xếp vào nhóm sai số ngẫu nhiên và gần như không thể loại bỏ hoàn toàn bằng hiệu chuẩn.
ĐỘ LẶP LẠI CỦA CẢM BIẾN QUYẾT ĐỊNH ĐIỀU GÌ?
Trên thực tế, độ lặp lại của cảm biến cũng quan trọng không kém độ chính xác của cảm biến. Có thể nói, trên độ lặp lại của cảm biến chính là yếu tố quyết định sự ổn định của cả hệ thống điều khiển tự động.
Ví dụ: Một cảm biến nhiệt độ trong hệ thống HVAC có độ lặp lại kém thì mỗi lần hệ thống khởi động lại, giá trị đọc về bộ điều khiển sẽ dao động không ổn định. Điều này khiến van gió/động cơ điều khiển nhảy liên tục giữa các trạng thái, dễ dẫn đến hao mòn cơ khí và lãng phí năng lượng.
Trong các ứng dụng đòi hỏi chu trình vận hành lặp đi lặp lại như cảm biến vị trí trong robot công nghiệp, cảm biến lực trong máy đóng gói, cảm biến áp suất trong dây chuyền chiết rót… thì độ lặp lại của cảm biến chính là thước đo độ tin cậy của cả dây chuyền. Ở những trường hợp này, độ lặp lại quyết định trực tiếp việc sản phẩm đầu ra có đồng đều hay không, các chu kỳ vận hành có vị trí, đúng lực, đúng ngưỡng hay không.
Ở góc độ vận hành thực tế, độ lặp lại của cảm biến càng cao thì khả năng giảm chi phí bảo trì và hiệu chuẩn định kỳ càng lớn. Một cảm biến có độ lặp lại kém phải hiệu chỉnh thường xuyên hơn để bù trừ sai số dao động, trong khi cảm biến có sai số lặp lại tốt gần như giữ nguyên đặc tính đo trong suốt vòng đời, giúp doanh nghiệp hạn chế downtime ngoài kế hoạch và tiết kiệm nhân sự kỹ thuật.
CÁCH TÍNH ĐỘ LẶP LẠI CỦA CẢM BIẾN
Thực tế thì không có cách tính độ lặp lại của cảm biến áp dụng cho mọi trường hợp. Đơn giản vì cách định nghĩa Repeatability còn phụ thuộc vào từng loại cảm biến, tiêu chuẩn thử nghiệm và phương pháp được nhà sản xuất sử dụng.
Để đánh giá trực quan độ lặp lại của cảm biến công nghiệp thì người dùng có thể thực hiện nhiều phép đo cho cùng một đại lượng, trong cùng điều kiện và xác định “độ khớp” của các kết quả. Sau khi đã có được các kết quả đo, hãy áp dụng công thức tính độ lặp lại của cảm biến như sau:
Repeatability(%FSO) = (|Giá trị lớn nhất - Giá trị nhỏ nhất|/toàn dải đo) x 100%
Ví dụ: Một cảm biến áp suất có dải đo 0-10 bar, khi đo lặp lại 5 lần ở cùng mức áp suất chuẩn 5 bar thì cảm biến cho ra các kết quả lần lượt là 4.98 bar, 5.01 bar, 4.99 bar, 5.02 bar và 5.00 bar → Áp dụng công thức, ta có: Repeatability(%FSO) = ((5.02 - 4.98)/5) × 100% = 0.4% FSO.
Lưu ý: Các đơn vị kiểm định thường khuyến nghị thực hiện tối thiểu 3 lần đo và tốt nhất nên lặp lại từ 5 lần đo trở lên khi áp dụng cách tính độ lặp lại của cảm biến này.
NHỮNG YẾU TỐ CÓ THỂ LÀM SUY GIẢM ĐỘ LẶP LẠI CỦA CẢM BIẾN
Sai số lặp lại của cảm biến/độ lặp lại của cảm biến không tự nhiên mà có, nó thường xuất phát từ những nguyên nhân vật lý cụ thể:
Yếu tố đầu tiên là tình trạng trôi nhiệt: Khi nhiệt độ môi trường biến thiên liên tục giữa các lần đo, vật liệu nhạy cảm bên trong cảm biến như màng cảm biến áp suất hay điện trở của RTD cũng có thể biến đổi theo. Điều này khiến kết quả đo bị dao động.
Yếu tố thứ hai là hiện tượng trễ cơ học và mòn linh kiện cơ khí: Tình trạng này tương đối phổ biến ở các cảm biến lực và cảm biến vị trí có bộ phận chuyển động. Quá trình ma sát nội tại, độ đàn hồi không hoàn toàn của vật liệu và khe hở cơ khí tích lũy sau nhiều chu kỳ vận hành là nguyên góp phần làm tăng khoảng sai số lặp lại.
Yếu tố thứ ba là do nhiễu điện và tín hiệu: Rất phổ biến với cảm biến khí và cảm biến độ ẩm điện dung. Trong trường hợp này thì độ ẩm môi trường, cấp nguồn không ổn định, nhiễu từ các động cơ/biến tần lân cận… đều có thể làm độ lặp lại của cảm biến kém đi.
Yếu tố thứ tư là quy trình lắp đặt và vận hành: Một cảm biến với độ lặp lại cao trên datasheet vẫn có thể cho kết quả kém ổn định khi vận hành ngoài thực tế nếu lắp đặt sai hướng, thường xuyên làm việc trong môi trường rung động mạnh hoặc dây tín hiệu đi quá gần nguồn nhiễu công nghiệp. Để hạn chế tối đa vấn đề này thì khi lựa chọn cảm biến, người dùng cần cân nhắc kỹ điều kiện lắp đặt thực tế cho phù hợp.
CÁCH CHỌN ĐỘ LẶP LẠI CỦA CẢM BIẾN THEO ỨNG DỤNG
Không có một thông số độ lặp lại của cảm biến "tốt nhất" áp dụng chung cho mọi trường hợp, mà nó còn phụ thuộc vào yêu cầu vận hành cùng mức độ rủi ro nếu sai số xảy ra của từng ứng dụng cụ thể.
Với các ứng dụng giám sát thông thường (đo nhiệt độ, độ ẩm phòng cỡ nhỏ…) thì sai số lặp lại của cảm biến trong khoảng ±0.5% đến ±1% FS là hoàn toàn có thể chấp nhận được. Vì hệ thống điều khiển trong những ứng dụng này có biên độ dung sai tương đối rộng và thường không yêu cầu độ chính xác tuyệt đối theo thời gian thực.
Với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao trong quy trình sản xuất tự động hoá khép kín (cảm biến lực trong hệ thống cân định lượng tự động, cảm biến vị trí trong robot lắp ráp linh kiện điện tử, cảm biến áp suất trong dây chuyền chiết rót dược phẩm…) thì bắt buộc ưu tiên độ lặp lại của cảm biến từ ±0.1% FS trở xuống, thậm chí một số ứng dụng yêu cầu con số này phải thấp hơn nữa (có thể là ở ngưỡng phần triệu). Vì trong các ứng dụng này, khái niệm “gần như tuyệt đối” luôn được đề cao. Chỉ một khoảng sai số lặp lại rất nhỏ cũng có thể bị nhân lên đến mức chóng mặt qua hàng nghìn chu kỳ sản xuất mỗi giờ. Nó tác động rất lớn đến tỷ lệ lỗi sản phẩm, dẫn đến chi phí tái sản xuất khó lường.
Với cảm biến dùng trong tủ điều khiển HVAC cần vận hành lặp đi lặp lại theo chu trình bật - tắt hàng ngày, người dùng nên ưu tiên cảm biến có độ lặp lại cao, vì đây là môi trường có biến động nhiệt độ liên tục.
Mọi thông tin chi tiết về độ lặp lại của cảm biến hoặc cách tính độ lặp lại của cảm biến, bạn hãy gọi hotline 0911 660 660 hoặc truy cập website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ chi tiết nhất. Bên cạnh đó, Sensors Việt Nam cũng có đa dạng các sản phẩm cảm biến với độ lặp lại phù hợp cho nhiều nhu cầu ứng dụng thực tế. Hãy liên hệ trực tiếp để nhận báo giá chi tiết và đặt hàng với ưu đãi hấp dẫn ngay hôm nay nhé!