Một trong những yếu tố quan trọng nhất, làm nên giá trị sử dụng của một cảm biến là thời gian đáp ứng (response time), đặc biệt là trong các dây chuyền đóng gói tốc độ cao. Đó là lý do mà bên cạnh độ chính xác, độ lặp lại và độ tuyến tính, thì người mua thiết bị đo lường công nghiệp luôn phải xác nhận kỹ thời gian đáp ứng của cảm biến.
RESPONSE TIME (THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA CẢM BIẾN) LÀ GÌ?
Response time (thời gian đáp ứng của cảm biến) được hiểu là khoảng thời gian cần thiết để đầu ra của cảm biến đạt đến một giá trị xác định sau khi đầu vào thay đổi từ trạng thái ban đầu sang trạng thái mới.
Nói cách khác: Khi đại lượng đo mục tiêu (nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí, áp suất…) có sự thay đổi, tín hiệu đầu ra của cảm biến không thể đo và nhảy kết quả ngay lập tức, mà nó sẽ tăng dần/giảm dần theo thời gian thực cho đến khi bắt kịp giá trị mới. Thời gian đáp ứng (response time) chính là thước đo cho độ trễ đó.
Hầu hết các dòng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm hiện nay thường hoạt động theo nguyên lý hệ bậc một tuyến tính bất biến theo thời gian. Nghĩa là tín hiệu đầu ra sẽ biến đổi theo dạng hàm mũ khi có một bước nhảy giá trị đầu vào. Đây là lý do mà response time không được thể hiện bằng một mốc cố định duy nhất, mà sẽ theo phần trăm giá trị đã đạt được. Ví dụ, đạt 63% (T63) hoặc 90% (T90) mức thay đổi thực tế.
THỜI GIAN ĐÁP ỨNG T90 - T63 VÀ CÁC MỐC THỜI GIAN ĐÁP ỨNG PHỔ BIẾN KHÁC
T63 và T90 là các mốc thời gian đáp ứng của cảm biến, trong đó:
T63 là thời gian để đầu ra của cảm biến đạt ~ 63,2% mức thay đổi cuối cùng. Về mặt toán học, T63 là hằng số thời gian trong hệ bậc nhất điển hình. Tức là trong hệ bậc một, sau một hằng số thời gian thì hệ luôn đạt 63% giá trị cuối cùng. T63 đặc biệt quan trọng trong các hệ thống có đặc tính động học gần với một hệ bậc nhất. Tuy nhiên, thời gian đáp ứng của cảm biến T63 không được áp dụng trong mọi datasheet.
T90 là thời gian để đầu ra của cảm biến đạt ~ 90% mức thay đổi cuối cùng. Nó thường được ưu tiên trong các trường hợp yêu cầu độ tin cậy cao, điển hình như cảm biến nồng độ khí độc/dễ cháy nổ. Vì cơ bản thì một phép đo chỉ đạt 63% giá trị thực là chưa đủ để đưa ra quyết định vận hành an toàn.
Ngoài T63 và T90, một số nhà sản xuất còn dùng thời gian phản hồi của cảm biến là T50 (đạt 50% giá trị cuối cùng), T95 (đạt 95% giá trị cuối cùng) hoặc T99 (đạt 99% giá trị cuối cùng). Việc sử dụng nhiều mốc response time thường là để mô tả chi tiết hơn đường cong đáp ứng - điều này đặc biệt cần thiết trong các đầu đo nhiệt độ phòng thử nghiệm và quá trình kiểm định.
PHÂN BIỆT THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA CẢM BIẾN VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC KHÁC
Dưới đây là bảng so sánh nhanh thời gian đáp ứng của cảm biến và các thông số động học khác trong cảm biến:
| THÔNG SỐ | ĐẠI LƯỢNG ĐO | BẢN CHẤT |
| Response Time (Thời gian phản hồi của cảm biến, T63/T90) | Tốc độ phần tử cảm biến vật lý bắt kịp thay đổi thực của đại lượng đo | Đặc tính vật lý/hóa học của phần tử cảm biến |
| Sampling Rate (Tần số lấy mẫu) | Tốc độ bộ xử lý đọc và xuất dữ liệu ra ngoài | Đặc tính điện tử/firmware, không liên quan đến vật lý cảm biến |
| Startup/Warm-up Time (Thời gian khởi động) | Thời gian ổn định sau khi cấp nguồn lần đầu | Đặc tính nhiệt/hóa của phần tử cảm biến khi chưa đạt trạng thái làm việc |
| Signal Delay/Latency (Độ trễ tín hiệu) | Thời gian dữ liệu di chuyển từ cảm biến đến bộ điều khiển | Đặc tính hệ thống truyền thông, không liên quan đến cảm biến vật lý |
THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA CẢM BIẾN LÀ BAO NHIÊU? PHỤ THUỘC YẾU TỐ NÀO?
Không có một con số chung cho thời gian đáp ứng của cảm biến, vì response time sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào các yếu tố chính như: nguyên lý hoạt động của cảm biến, cấu tạo vật lý của phần tử cảm biến, đặc tính của vật thể mục tiêu, cách lắp đặt và điều kiện môi trường đo.
Tốc độ đáp ứng của cảm biến có thể dao động từ vài mili giây đến hàng chục giây, hoặc lâu hơn thế nữa.
Ví dụ: Các dòng cảm biến quang học/điện tử được thiết kế cho các phép đo yêu cầu tốc độ biến đổi nhanh (môi trường có tính chất nguy hiểm cao - khí độc, dễ cháy nổ) có thể sở hữu response time rất ngắn. Trong khi đó, các cảm biến nhiệt độ phải làm việc với lượng nhiệt lớn thường cần thời làm việc gian lâu hơn.
Ngay cả hai thiết bị cảm biến cùng đo nhiệt độ cũng có thể có thời gian phản hồi khác nhau nếu chúng có sự khác biệt đáng kể về công nghệ đo, cấu tạo vật lý và đối tượng mục tiêu.
THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA CẢM BIẾN CÓ Ý NGHĨA GÌ?
Thời gian đáp ứng của cảm biến (response time) là yếu tố góp phần quyết định việc hệ thống điều khiển có phản ứng kịp với biến động thực tế hay không. Trong các hệ thống điều khiển AHU/FCU, nếu thời gian phản hồi của cảm biến chậm thì bộ điều khiển sẽ nhận tín hiệu trễ so với nhiệt độ thực tế trong ống gió. Điều này có thể dẫn đến tình trạng van gió/động cơ điều tiết phản ứng sai thời điểm, gây dao động nhiệt độ hoặc lãng phí năng lượng.
Đặc biệt, response time cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn của người dùng, điển hình như trong các ứng dụng của cảm biến khí độc/khí dễ cháy nổ. Một cảm biến báo rò rỉ khí có T90 quá lớn thì đồng nghĩa với việc thời gian từ khi nồng độ khí đạt mức nguy hiểm đến lúc hệ thống nhận diện được và phát cảnh báo sẽ có sự chậm trễ. Điều này thực sự nguy hiểm, vì quá trình sơ tán/ngắt nguồn không kịp thời tiềm ẩn rất nhiều nguy cơ khó lường cho tính mạng - sức khoẻ con người và tài sản.
Tuy nhiên, với các ứng dụng không yêu cầu thời gian đáp ứng của cảm biến quá nhanh (như giám sát nhiệt độ - độ ẩm kho lưu trữ hàng hoá thông thường) thì thời gian đáp ứng kéo dài (trong ngưỡng cho phép) cũng là một trong những yếu tố giúp giảm nhiễu và làm mượt dữ liệu đo.
GỢI Ý THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA CẢM BIẾN CHO TỪNG ỨNG DỤNG CỤ THỂ
Bảng gợi ý thời gian đáp ứng của cảm biến công nghiệp (response time) theo ứng dụng cụ thể:
| ỨNG DỤNG | ĐẠI LƯỢNG ĐO | THỜI GIAN ĐÁP ỨNG KHUYẾN NGHỊ |
| Cảm biến ống gió HVAC | Nhiệt độ, độ ẩm | T63 <10 giây |
| Cảm biến khí cảnh báo an toàn | Nồng độ khí (gas, CO, CH4...) | T90 vài chục giây trở xuống (tuỳ tiêu chuẩn ngành) |
| Giám sát phòng sạch, kho lạnh, kho lưu trữ | Nhiệt độ, độ ẩm | T63 dao động khoảng 10-20 giây |
| Đo lưu lượng khí, áp suất động trong dây chuyền tự động | Áp suất, lưu lượng | Từ milisecond ~ vài giây |
| Cảm biến nhiệt độ nước, dung dịch trong bể/đường ống | Nhiệt độ, độ dẫn điện | T63 <1-5 giây |
| Giám sát nhiệt độ ngoài trời, môi trường xung quanh | Nhiệt độ, độ ẩm | T63 dao động khoảng 20-30 giây |
NGUYÊN TẮC CHỌN NHANH THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP/DÂN DỤNG
Quy tắc chung khi chọn thời gian đáp ứng của cảm biến công nghiệp/dân dụng là phải khớp với tốc độ biến đổi thực tế của ứng dụng/quá trình cần giám sát - không phải cứ chọn thiết bị có tốc độ đáp ứng nhanh nhất là đúng.
Với quá trình/ứng dụng có tốc độ biến đổi nhanh và liên quan yếu tố an toàn (khí độc, áp suất động, dễ cháy nổ) → ưu tiên response time thấp. Với quá trình/ứng dụng biến đổi chậm và có độ ổn định cao (kho lưu trữ, đo lường điều kiện ngoài trời) → response time vừa phải.
Khi chọn mua cảm biến, nhất là dòng cảm biến công nghiệp, thì bạn cần xem xét response time cùng dải đo, độ chính xác, độ phân giải, tín hiệu đầu ra, điều kiện môi trường và các yêu cầu điều khiển cụ thể.
Nếu bạn cần được tư vấn kỹ hơn về thời gian đáp ứng của cảm biến và có nhu cầu chọn mua cảm biến chất lượng - chính hãng - giá tốt - đủ CO/CQ - bảo hành uy tín thì hãy liên hệ trực tiếp cho Sensors Việt Nam qua hotline 0911 660 660 hoặc website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ thông tin/kỹ thuật nhanh chóng, tận tình nhất!