KELLER Nieuwsbrief

Communicatie wordt steeds belangrijker. Zowel tussen producten als tussen mensen. Met onze nieuwsbrief ontvang je iedere twee maanden onze nieuwsbrief. Kort en krachtig op de hoogte van wat onze zintuigen in de markt opgemerkt hebben.

Hoe vergelijk je sensoren nou eigenlijk? - Weet wat je koopt

NauwkeurigheidWaar in het tijdperk van industrie 4.0 sensoren een steeds grotere rol in gaan nemen, is het van belang goed te kijken naar de verschillen tussen de diverse sensoren die er beschikbaar zijn. Waar selecteer je op: specificaties, prijskaartje, reputatie van de fabrikant, of zijn er andere factoren die meespelen?

Bij KELLER vinden we het belangrijk dat je weet wat je koopt. En daarom hebben we eens uitgezocht hoe dat nou zit. Want net als bij heel veel andere producten is er ook op sensorengebied een enorm aanbod. En een enorm prijsverschil. En als je een product selecteert, dan ga je over het algemeen uit van specificaties van een product. Nietwaar? Goed, als eerste moet je sensor geschikt zijn voor de toepassing. Wat wil je meten en onder welke omstandigheden. Een sensor die in de voedselindustrie gebruikt wordt zal een andere uitvoering hebben dan een sensor die - om maar een dwarsstraat te noemen - gebruikt wordt voor een brugbewaking. Bedrijfsomstandigheden zijn dus het eerste waar je naar kijkt.

Dan zul je vervolgens afhankelijk van je toepassing een sensor nodig hebben met een bepaalde nauwkeurigheid. En daar wordt het spannend. Want van verschillende fabrikanten werken met verschillende definities als het gaat om het opgeven specificaties. Hoe nauwkeurig is nauwkeurig bijvoorbeeld? We doken er eens in. En het duizelde ons van het gegoochel met getallen. Want wát koop je nou eigenlijk voor je geld?

Opgaves
Heel veel fabrikanten van sensoren hebben een eigen manier van het opbouwen van specificaties. Er is geen standaard gedefinieerd voor de branche en ook de weergave van de nauwkeurigheid wordt niet bij iedereen op dezelfde manier gedaan. Het is van belang dat de opgave aansluit bij de praktijksituatie van de eindgebruiker, als die eindgebruiker de waardes wil kunnen duiden. Een opgave van een temperatuurfout bij 20 °C bijvoorbeeld, voor een sensor die voornamelijk voor grondwatermetingen gebruikt wordt, is niet zinnig. De opgave zou in dit geval tussen de 10 en 12 °C moeten liggen omdat dat over het algemeen de temperatuur van grondwater is.

MartijnEen pleitbezorger voor een standaard is Martijn Smit, werkzaam bij Keller Nederland. “Wat ons betreft zou iedere fabrikant in ieder geval in iedere datasheet een total error band op moeten geven. En dan nog over twee verschillende temperatuurbereiken. Zo weet je zeker dat de gebruiker de specificaties van die sensor ook kan duiden voor diens eigen toepassing. Want in een gemiddelde toepassing varieert die temperatuur natuurlijk.” 

Nauwkeurigheid
Nauwkeurigheid is de belangrijkste parameter als het gaat om het vergelijken van sensoren. Het bepaalt hoe groot de zekerheid van je meting is. Zoals al eerder genoemd, daar wordt de gemiddelde eindverbruiker niet zo een-twee-drie wijs uit. De totale nauwkeurigheid van een sensor wordt namelijk beïnvloed door een hele reeks parameters. Daar waar de ene fabrikant volstaat met het noemen van één of twee van die parameters, geven andere juist weer een totaalwaarde van alle samen.

De ene fabrikant zet de foutcomponenten op de website en completeert die voor de eindgebruiker door alle componenten bij elkaar op te tellen tot een total error band, een TEB. Andere fabrikanten geven een nauwkeurigheid op in hun datasheets die is opgebouwd uit non-lineariteit, hysterese en herhaalbaarheid. Daar wordt al dan niet bij vermeld dat deze nauwkeurigheid is opgebouwd volgens de norm IEC 60770. Hierin worden richtlijnen gegeven voor de methoden waarmee de prestaties kunnen worden bepaald van meetzenders voor gebruik in besturingssystemen voor industriële processen. Die norm wordt logischerwijze vooral genoemd door fabrikanten die dit laatste als voornaamste toepassing noemen. Een fabrikant met duidelijk andere toepassingsgebieden, geeft de nauwkeurigheid op een hele andere manier op. Of soms zelfs helemaal niet. Bij een enkele fabrikant wordt de nauwkeurigheid van de sensor pas duidelijk uit de manual.

Foutcomponenten
De foutcomponenten die van belang zijn bij een druksensor bestaan uit non-lineariteit, herhaalbaarheid, hysterese - deze drie waarden noemden we al eerder. Maar er zijn nog twee andere parameters van belang, namelijk de temperatuurfout en de langetermijnstabiliteit.

LineariteitLineariteit
Non-lineariteit of lineariteitsfout wil zeggen, er is geen rechte lijn te trekken door de meetgegevens als die in een grafiek worden uitgezet. Idealiter liggen alle meetpunten tussen het nulpunt en het volledige signaal op een rechte lijn. Maar in de praktijk wijken meetpunten eigenlijk altijd af van deze ideale rechte lijn. Met de lineariteitsfout wordt deze afwijking van de meetpunten van de gedefinieerde rechte lijn over het meetbereik aangegeven volgens een bepaalde correctiemethode. Er worden er over het algemeen drie onderscheiden: Eind puntlineariteit, Best Fit Straight Line - BFSL - en Best Fit Through Zero - BFTZ.

Bij de eerste methode wordt een rechte lijn getrokken tussen het begin- en eindpunt van het meetbereik. Bij de BSFL-correctie wordt de referentielijn zo gepositioneerd dat de maximale positieve en negatieve afwijkingen gelijk zijn. Deze methode geeft de kleinste foutwaarden. Bij de BFTZ methode liggen de resultaten tussen de andere twee methoden in. Welke van deze methoden fabrikanten toepassen, moet meestal worden opgevraagd, omdat deze informatie vaak niet in de datasheets wordt vermeld. De lineariteit - of non-lineariteit, we hebben het over de afwijking - wordt weergegeven in percentage van de volledige schaal oftewel %FS. Normaal gesproken is de lineariteitsfout de minst belangrijke van alle fouten: meestal in de buurt van 0,1% tot 0,2% of beter.

 

HerhaalbaarheidHerhaalbaarheid
Herhaalbaarheid zegt iets over het verschil in meetwaarden dat ontstaat wanneer een bepaald meetpunt meerdere keren vanuit dezelfde richting wordt benaderd, bijvoorbeeld in het geval van een toenemende drukwaarde.

De grootste afwijking over drie opeenvolgende metingen vanuit dezelfde benaderingsrichting wordt uitgedrukt als niet-reproduceerbaarheid. Hoe lager deze waarde, hoe hoger de betrouwbaarheid van het meetresultaat.

Het is een duidelijke parameter die afhankelijk is van het meetprincipe van de sensor. Een inductieve of capacitieve methode zal bijvoorbeeld potentieel beter reproduceerbaar zijn dan een rekstrookmethode, meestal respectievelijk 0,001% en 0,05%.

 

HystereseHysterese
De derde foutparameter die vaak in de combinatie wordt genoemd is de hysterese. We bedoelen hiermee de vertraging of signaalverschuiving in meting, door nawerkingen van een vorige toestand. Als bij een meting vanuit hetzelfde meetpunt, benaderd vanuit verschillende richtingen - stijgende of dalende meetwaarde, wijkt de meetwaarde af. Als bijvoorbeeld een druk van 5 bar wordt gemeten, waarbij de druk is gedaald vanaf een waarde van 10 bar, is het uitgangssignaal niet exact hetzelfde als wanneer de druk bijvoorbeeld vanaf 1 bar is gestegen naar diezelfde 5 bar.

De eerder gemeten waarde is dus van invloed op de nieuwe meting. De maximale afwijking tussen deze twee karakteristieken wordt hysterese genoemd. Hysteresefouten kunnen zowel bij druk als bij temperatuur optreden. Deze waarde wordt ook weer uitgedrukt als als percentage van de volle schaal, %FS.

Deze drie fouten worden dus vaak opgenomen in het getal dat als nauwkeurigheid in de datasheets wordt opgenomen. Maar Martijn Smit is het daar niet mee eens. “Behalve deze drie foutparameters heb je ook te maken met een temperatuurfout en met de langetermijnstabiliteit. En met betrekking tot de temperatuur, is een fout op één temperatuurbereik ook onvoldoende. Als je een sensor in een productieproces toepast, heb je ’s nachts wellicht een temperatuur van 15 °C, terwijl je aan het eind van de middag, na een hele dag volop produceren, misschien wel met temperaturen van 40 °C te maken hebt. De afwijking die je weergeeft, moet praktijkgericht zijn. Zo kun je wel een fout weergeven bij 20 °C, maar als de toepassingstemperatuur altijd rond de 12 °C ligt, kan je maar zo met een enorme afwijking te maken hebben, die je nergens kunt terugvinden. Behalve in je resultaten. Als mijn sensor een resultaat aangeeft, wil ik wel weten wat de afwijking kan zijn. Juist bij piëzoresistieve druksensoren kan temperatuur hier een groot verschil maken, terwijl dat juist vaak wordt weggelaten. Maar ook de stabiliteit is belangrijk. Een afwijking an sich is geen probleem. Als die stabiel is, dan kun je hem eenvoudig wegkalibreren.”

Temperatuurfout
De grootste invloed op de nauwkeurigheid is de temperatuurfout. Deze wordt veroorzaakt door thermische effecten op de siliciumchip. De eerdergenoemde foutwaarden hebben betrekking op het gedrag van de sensor bij een referentietemperatuur, of temperatuurreeks. Omdat thermische omstandigheden de precisie van de sensor beïnvloeden, moet de temperatuurfout worden meegenomen in de algehele nauwkeurigheid.

Weliswaar optimaliseren fabrikanten hun producten door middel van een uitgebalanceerde thermische karakteristiek. Temperatuurfouten worden bij elektronisch gecompenseerde druktransmitters direct in de sensor gecompenseerd. Daarmee kunnen temperatuurfouten tot een minimum worden beperkt. Er blijft evengoed altijd een minimale fout over.

Langetermijnstabiliteit
Niet alleen materiaalveroudering, maar ook externe invloeden beïnvloeden het meetresultaat van de sensor. Over het verloop van tijd zal de meetkarakteristiek van een sensor verschuiven. De langetermijnstabiliteit of de langetermijndrift wordt onder laboratoriumomstandigheden gemeten en vermeld als %FS. Dit geeft een indicatie, gebaseerd op laboratoriumomstandigheden. Nu zien we dat soort omstandigheden maar zelden een-op-een in de praktijk terug en temperatuuromstandigheden, trillingen of de werkelijke drukbelasting hebben allen invloed. Daarom wordt het aangeraden om een jaarlijkse kalibratie uit te voeren.

Alle fouten opgeteldPrecisie
Al deze fouten bij elkaar opgeteld geven dus de totale foutmarge of total error band. En dat optellen kan nog wel eens verrassingen opleveren. Een sensor die in de nauwkeurigheidsopgave heel goed lijkt te scoren, kan bij het toevoegen van de temperatuurfout en de langetermijnstabiliteit ineens heel ongunstig uit hoek komen. En vergelijk je als gebruiker total error band met nauwkeurigheid, vergelijk je dan wel vergelijkbare waardes? Een nauwkeurigheid van 0,1%FS kan een veel mindere prestatie leveren dan een total error band van 0,5%FS.

Daarnaast speelt ook nog de precisie van de metingen mee. Want nauwkeurigheid en precisie zijn twee verschillende begrippen. Met precisie krijgen we een indicatie over de mate waarin de werkelijke waarden van elkaar afwijken. De nauwkeurigheid heeft geeft aan hoe accuraat de meting is, ofwel hoe groot de afwijking is tussen de gemeten en werkelijke waarde. Hoe kleiner de spreiding van de meetwaarden, hoe preciezer de apparatuur, maar precisie zegt niets over de correctheid van de meting.

Kopie = dus vergelijkbaar?
In de industrie worden veel producten gekopieerd. Regelmatig ook redelijk schaamteloos. Zo zie je op vakbeurzen dat er kopieën worden getoond van producten van gerenommeerde leveranciers waarbij zelfs een beursstand een-op-een kan worden nagebouwd, inclusief naam en vormgeving. Mocht je daardoor op het verkeerde been worden gezet, weet dan dat hoewel het uiterlijk overeenkomt, de specificaties van de producten allerminst dezelfde zijn.

Martijn Smit pleit ervoor dat leveranciers hun informatie vooraf en op een eenduidige manier beschikbaar maken in de specificaties. “Over het algemeen zullen gebruikers niet eerst de telefoon pakken om te verifiëren hoe het zit met die foutwaardes. Zij baseren hun keuze op de informatie zoals die beschikbaar wordt gesteld. En dan merken we in de praktijk vaak dat ze geen idee hebben van de mogelijke afwijkingen. Het is belangrijk dat de gebruiker appels met appels kan vergelijken en weet wat er aangeboden wordt.”

Weet wat je koopt. Raadpleeg je leverancier en bestel niet zomaar vanaf een online opgave maar overleg over de toepassing, bedrijfsomstandigheden, aanwezige foutbronnen en de beste integratie. Zo krijg je het beste resultaat. En het meeste plezier van je sensor.

Kijk, wij van KELLER adviseren natuurlijk KELLER. Dat zal je niet verbazen. En je weet zelf ook vast wel waarom.

Nieuwsbriefarchief