ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์หมายความว่า การตอบสนองของเซ็นเซอร์ต่อค่าเดียวกันของปริมาณที่วัดได้ อาจขึ้นอยู่กับทิศทางที่ได้ค่านั้นมา เซ็นเซอร์อาจทำงานแตกต่างกันเมื่ออุณหภูมิ ความดัน หรือระยะทางเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับเมื่อปริมาณเดียวกันนั้นลดลง

ในเซ็นเซอร์วัดค่า ฮิสเทอรีซิสเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดค่าที่ได้ในเซ็นเซอร์แบบสวิตช์ ฮิสเทอรีซิสยังทำหน้าที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง คือแยกเกณฑ์การเปิดออกจากเกณฑ์การปิดป้องกันไม่ให้เอาต์พุตสลับไปมาซ้ำๆ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสัญญาณเล็กน้อยรอบจุดเดียว

ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์คืออะไร?

กล่าวโดยง่ายที่สุด สามารถอธิบายได้ว่าเป็นความแตกต่างระหว่างพฤติกรรมของเซ็นเซอร์เมื่อค่าอินพุตเพิ่มขึ้นและลดลง

หากเซ็นเซอร์วัดความดัน ความดันสามารถเพิ่มขึ้นจากค่าต่ำสุดไปจนถึงค่าสูงสุดแล้วลดลงอีกครั้ง สำหรับค่าเดียวกัน เช่น 5 บาร์ สัญญาณเอาต์พุตอาจแตกต่างกันเล็กน้อยเมื่อความดันเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเมื่อความดันลดลง ความแตกต่างนี้เกี่ยวข้องกับฮิสเทอรีซิสของเส้นทางการวัดฮิสเทอรีซิสเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ควรพิจารณาเมื่อประเมินความแม่นยำของเซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์วัดความดัน ร่วมกับความไม่เป็นเชิงเส้นและความไม่สามารถทำซ้ำได้

สำหรับเซ็นเซอร์แบบไบนารี ความหมายจะแตกต่างออกไปเล็กน้อย ฮิสเทอรีซิสสามารถกำหนดความแตกต่างระหว่างจุดที่เซ็นเซอร์เริ่มทำงานและจุดที่เซ็นเซอร์กลับสู่สถานะไม่ทำงานได้

ฮิสเทอรีซิสทำงานอย่างไรในเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้?

ในกรณีของเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ เซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟ หรือเซ็นเซอร์แบบออปติคอลวัตถุอาจกระตุ้นการทำงานของเซ็นเซอร์เมื่อเข้าใกล้ในระยะที่กำหนด เมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ออกไป เซ็นเซอร์อาจไม่ได้ปิดการทำงานในตำแหน่งเดิมเสมอไป

ตัวอย่างเช่น หากเซ็นเซอร์เปิดใช้งานที่ระยะ 8 มม. และปิดใช้งานที่ระยะ 8.8 มม. ค่าความคลาดเคลื่อนตามระยะทางจะเป็น 0.8 มม .

พฤติกรรมนี้เป็นไปโดยเจตนา หากจุดทั้งสองเหมือนกัน การสั่นสะเทือนเล็กน้อยของวัตถุ ความคลาดเคลื่อนทางกล หรือการรบกวนของสัญญาณ อาจทำให้เกิดการสลับเปิด/ปิดอย่างรวดเร็ว ดังนั้น ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์ความใกล้เคียงจึงเป็นความแตกต่างระหว่างระยะการทำงานและระยะการกลับคืนในขณะที่ในเซ็นเซอร์แบบออปติคอลนั้น ช่วยป้องกันการสลับซ้ำๆ รอบค่าเกณฑ์

ดังนั้น ฮิสเทอรีซิสจึงสร้างช่วงแคบๆ ระหว่างการเปิดและปิด ส่งผลให้PLC ได้รับสัญญาณที่เสถียรมากขึ้นแม้ว่าวัตถุที่ตรวจจับจะอยู่ใกล้กับขีดจำกัดการเปิดปิดมากก็ตาม

ค่าฮิสเทอรีซิสระบุไว้อย่างไร?

วิธีการระบุค่าพารามิเตอร์นี้ขึ้นอยู่กับประเภทของเซ็นเซอร์ ค่าฮิสเทอรีซิสอาจแสดงได้ดังนี้:

• ในหน่วยมิลลิเมตร
• คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของช่วงการตรวจจับที่กำหนดไว้
• ในหน่วยของปริมาณที่วัดได้ เช่น บาร์ หรือ องศาเซลเซียส
• คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของช่วงการวัดทั้งหมด

สำหรับเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ มักใช้ค่าเปอร์เซ็นต์ที่สัมพันธ์กับช่วงการตรวจจับ ตัวอย่างเช่น สำหรับเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ TID ค่าฮิสเทอรีซิสของการสลับจะระบุไว้ที่สูงสุด 15% ในขณะที่ค่าความสามารถในการทำซ้ำของเซ็นเซอร์จะระบุไว้แยกต่างหาก

ดังนั้น ไม่ควรนำค่าเปอร์เซ็นต์สองค่ามาเปรียบเทียบกันโดยไม่ตรวจสอบก่อนว่าค่าเหล่านั้นหมายถึงอะไร ค่าฮิสเทอรีซิส 1% ของช่วงการวัดทั้งหมด มีความหมายแตกต่างจาก 1% ของระยะการทำงาน ที่กำหนดไว้

ฮิสเทอรีซิสและความสามารถในการทำซ้ำของเซ็นเซอร์

ฮิสเทอรีซิสและความสามารถในการทำซ้ำเป็นพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน

ความสามารถในการทำซ้ำได้นั้น อธิบายถึงความคล้ายคลึงกันของผลลัพธ์ระหว่างการวัดครั้งต่อๆ ไปที่ดำเนินการภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ในขณะที่ฮิสเทอรีซิส อธิบายถึง ความแตกต่างที่เกิดจากทิศทางการเปลี่ยนแปลง ของปริมาณอินพุต

เซ็นเซอร์อาจมีค่าความเที่ยงตรงในการตรวจจับสูงมาก ในขณะเดียวกันก็อาจแสดงค่าความคลาดเคลื่อน (hysteresis) ที่สังเกตได้ หากเซ็นเซอร์เปิดทำงานเกือบจะตรงเป๊ะทุกครั้งที่วัตถุเข้าใกล้ที่ระยะ 5 มม. ค่าความเที่ยงตรงในการตรวจจับอาจดีมาก แต่หากเซ็นเซอร์ปิดทำงานที่ระยะ 5.5 มม. เมื่อวัตถุเคลื่อนออกไป แสดงว่ายังมีความแตกต่างระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการทำงานอยู่

ดังนั้น พารามิเตอร์เหล่านี้จึงควรได้รับการวิเคราะห์แยกกันในเอกสารทางเทคนิค โดยทั่วไปแล้ว เอกสารข้อมูลจำเพาะของเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมมักระบุค่าฮิสเทอรีซิส ความสามารถในการทำซ้ำ และอิทธิพลของอุณหภูมิแยกกัน

ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสในทรานสดิวเซอร์วัดความดัน

ในเซ็นเซอร์หรือทรานสดิวเซอร์วัดความดัน แบบอนาล็อก ฮิสเทอรีซิสไม่ได้เกี่ยวข้องกับสถานะเปิดและปิดสองสถานะ แต่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างของสัญญาณเอาต์พุตสำหรับค่าความดันเดียวกันที่เข้าถึงจากสองทิศทางตรงกันข้าม

ตัวอย่างเช่น ในขณะที่เพิ่มแรงดันจาก 0 เป็น 10 บาร์ สามารถบันทึกค่าเอาต์พุตได้ที่ 5 บาร์ จากนั้นสามารถเพิ่มแรงดันไปจนถึงค่าสูงสุดและวัดค่าเอาต์พุตอีกครั้งในขณะที่ลดแรงดันกลับมาที่ 5 บาร์ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์สามารถนำมาใช้ประเมินภาวะฮิสเทอรีซิสของตัวแปลงสัญญาณแรงดันได้

ในการใช้งานด้านการวัดที่ต้องการความแม่นยำสูง พารามิเตอร์นี้ส่งผลโดยตรงต่อความไม่แน่นอนของการวัด ผู้ผลิตบางรายระบุค่าฮิสเทอรีซิสแยกต่างหาก ในขณะที่บางรายรวมไว้ในข้อกำหนดความแม่นยำโดยรวมร่วมกับค่าความไม่เป็นเชิงเส้น ความสามารถในการทำซ้ำ และผลกระทบจากอุณหภูมิ

ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสสามารถเกิดขึ้นได้ในเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เช่นกัน หากองค์ประกอบตรวจจับถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิหนึ่ง แล้วทำให้เย็นลงกลับมาที่อุณหภูมิเดิม สัญญาณเอาต์พุตไม่จำเป็นต้องเหมือนกันทุกประการเสมอไป

ในกรณีนี้ความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิเป็นคุณสมบัติของเส้นทางการวัดเอง และไม่ควรนำไปเทียบเท่ากับค่าความต่างศักย์ของอุณหภูมิที่ตั้งไว้ในตัวควบคุมโดยอัตโนมัติ ในเอกสารข้อมูลจำเพาะของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิบางตัว ความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิจะระบุไว้เป็นส่วนหนึ่งของช่วงการวัด เช่น เป็นเปอร์เซ็นต์ของช่วงอุณหภูมิ

ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสมีความสำคัญมากขึ้นในแอปพลิเคชันที่เซ็นเซอร์ต้องผ่านช่วงอุณหภูมิเดียวกันซ้ำๆ และต้องการความสม่ำเสมอสูงทั้งในระหว่างการให้ความร้อนและการทำให้เย็นลง

ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์และฮิสเทอรีซิสของตัวควบคุม

ควรแยกแยะความแตกต่างระหว่างสองแนวคิดนี้

ฮิสเทอรีซิ สของเซ็นเซอร์เองเป็นลักษณะการวัดหรือการสลับ ในขณะที่ฮิสเทอรีซิสของตัวควบคุมอาจเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดค่าไว้โดยเจตนาในอัลกอริธึมควบคุม

ตัวอย่างทั่วไปคือตัวควบคุมอุณหภูมิที่ทำงานในโหมดเปิด/ปิด แทนที่จะสลับรีเลย์ที่อุณหภูมิเดียว ตัวควบคุมจะใช้เกณฑ์สองค่า ซึ่งจะช่วยลดความถี่ในการสลับของตัวกระตุ้น ในอุปกรณ์ดังกล่าว ค่าฮิสเทอรีซิสอาจคงที่หรือปรับได้ ตัวอย่างหนึ่งคือตัวควบคุมอุณหภูมิและความชื้น EHTC7425ซึ่งใช้การควบคุมแบบเปิด/ปิดพร้อมค่าฮิสเทอรีซิสที่ปรับได้

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรคิดว่าปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสจะเกิดขึ้นอย่างสมมาตรโดยรอบอุณหภูมิที่ตั้งไว้เสมอไปวิธีการกำหนดค่าเกณฑ์นั้นขึ้นอยู่กับตัวควบคุมเฉพาะและขึ้นอยู่กับว่าตัวควบคุมนั้นควบคุมการทำความร้อน การทำความเย็น หรือกระบวนการอื่น ๆ

ค่าฮิสเทอรีซิสที่มากขึ้นดีกว่าหรือไม่?

ไม่มีค่าฮิสเทอรีซิสที่เหมาะสมที่สุดเพียงค่าเดียวสำหรับเซ็นเซอร์ทุกชนิด

ในเซ็นเซอร์แบบสวิตช์ ฮิสเทอรีซิสที่ต่ำเกินไปอาจเพิ่มความเสี่ยงต่อการสวิตช์ที่ไม่เสถียรเมื่อวัตถุสั่นหรืออยู่ใกล้จุดทำงาน ฮิสเทอรีซิสที่สูงขึ้นจะช่วยเพิ่มความเสถียร แต่ก็ทำให้ความแตกต่างระหว่างตำแหน่งเปิดและปิดสวิตช์เพิ่มขึ้นด้วย

ในระบบที่ต้องการการตรวจจับตำแหน่งที่แม่นยำมาก ช่วงฮิสเทอรีซิสที่กว้างเกินไปอาจเป็นข้อเสียได้ ในทางกลับกัน ในการใช้งานที่การรักษาเสถียรภาพของเอาต์พุตแม้จะมีแรงสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงระยะทางเล็กน้อยมีความสำคัญมากกว่า ค่าที่มากขึ้นอาจเป็นที่ต้องการดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างความแม่นยำของจุดสวิตช์และความเสถียรในการทำงาน

สำหรับเซ็นเซอร์แบบอนาล็อก สถานการณ์จะแตกต่างออกไปโดยทั่วไปแล้วค่าฮิสเทอรีซิสต่ำถือเป็นที่ต้องการเนื่องจากหมายความว่าผลการวัดจะขึ้นอยู่กับทิศทางการเปลี่ยนแปลงก่อนหน้าของปริมาณที่วัดได้น้อยลง

สามารถปรับค่าฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์ได้หรือไม่?

ขึ้นอยู่กับการออกแบบ

ในเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมแบบง่ายหลายๆ รุ่น ค่าฮิสเทอรีซิสจะถูกกำหนดโดยผู้ผลิตและผู้ใช้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้นจึงต้องเลือกแบบที่มีพารามิเตอร์ตรงตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน

เซ็นเซอร์ที่ทันสมัยกว่าอาจอนุญาตให้ปรับค่าเกณฑ์การสวิตช์และช่วงฮิสเทอรีซิสได้ซึ่งรวมถึงเซ็นเซอร์วัดระยะทางบางรุ่น และรุ่นที่มีแอมพลิฟายเออร์ภายนอกหรือการกำหนดค่าแบบดิจิทัลด้วย

ควรตรวจสอบอะไรบ้างในเอกสารข้อมูลจำเพาะ?

ในการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิส สิ่งแรกที่ต้องตรวจสอบคือคำจำกัดความของมันตัวเลขเพียงอย่างเดียวโดยปราศจากข้อมูลเกี่ยวกับเงื่อนไขการวัด อาจนำไปสู่ข้อสรุปที่ผิดพลาดได้

สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าพารามิเตอร์นั้นหมายถึงความแตกต่างของระยะทาง ความดัน อุณหภูมิ หรือสัญญาณเอาต์พุต และระบุเป็นค่าสัมบูรณ์หรือเปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ ควรแยกแยะความแตกต่างระหว่างฮิสเทอรีซิสกับความสามารถในการทำซ้ำ ความแม่นยำ ความละเอียด เวลาตอบสนอง และอิทธิพลของอุณหภูมิด้วย

ในเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ จุดสวิตช์จริงอาจขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่ตรวจจับ อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า และสภาพการติดตั้งด้วย ดังนั้น จุดการทำงานจึงควรอยู่ในช่วงที่ให้การตรวจจับที่เสถียรมากกว่าที่จะอยู่ตรงขอบเขตการตรวจจับที่ระบุไว้ของเซ็นเซอร์พอดี

ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์ - ข้อมูลสำคัญ

ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสของเซ็นเซอร์ หมายถึงความแตกต่างในพฤติกรรมของเซ็นเซอร์ขึ้นอยู่กับทิศทางการเปลี่ยนแปลงของปริมาณที่วัดได้ในเซ็นเซอร์แบบอนาล็อก อาจทำให้ได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันสำหรับค่าอุณหภูมิ แรง หรือความดันเดียวกัน ในเซ็นเซอร์แบบสวิตช์ชิ่ง โดยทั่วไปหมายถึงความแตกต่างระหว่างค่าเกณฑ์การทำงานและค่าเกณฑ์การกลับคืนสู่สภาวะปกติ

ในเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ การเลือกค่าฮิสเทอรีซิสที่เหมาะสมจะช่วยรักษาเสถียรภาพของสัญญาณและจำกัดการสลับสัญญาณซ้ำๆที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งเล็กน้อย ในเส้นทางการวัด ค่าฮิสเทอรีซิสต่ำเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการได้ผลการวัดที่แม่นยำและสามารถทำซ้ำได้

ดังนั้น ในการเลือกเซ็นเซอร์ จึงควรตรวจสอบไม่เพียงแค่ช่วงการวัดหรือระยะการตรวจจับเท่านั้น แต่ยังรวมถึงค่าความคลาดเคลื่อน (hysteresis) ความสามารถในการทำซ้ำ ความแม่นยำ อิทธิพลของอุณหภูมิ และเงื่อนไขที่ระบุพารามิเตอร์เหล่านี้ด้วย