عمل یک ترانسدیوسر، تبدیل یک کمیت فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی می باشد. معمول ترین کمیت های اندازه گیری شده توسط ترانسدیوسر ها، موقعیت، نیرو، سرعت، شتاب، فشار ، سطح، جریان مایعات و درجه حرارت هستند . خروجی ترانسدیوسر ها معمولاً ممکن است ، ولتاژ، جریان، مقاومت، ظرفیت خازنی و یا فرکانس باشد. اینکه خروجی ترانسدیوسر در پاسخ به یک تغییر در پارامتر فیزیکی ورودی اش با چه نزدیکی و با چه سرعتی تغییر می کند. کلید اصلی مو فقیت در کنترل سیستم ها می باشد . کارائی حسگر ها و ترانسد یوسرها، بوسیله تولید کننده های آنها بصورت دو دسته مشخصه اعلام ، تعریف و گارانتی می شوند.
مشخصه های کارآئی استاتیکی، تعریف رابطه حالت پایدار بین پارامتر فیزیکی در ورودی و خروجی الکتریکی هستند. دقت ( Accuracy ) حساسیت و یا قدرت تشخیص و تفکیک (Precision،Resolution ) قابلیت تکرار پذیری ، ( Repeatability )، خطی بودن ( Linearity ) و پسماند ( Hysteresis ) همگی مشخصه های استاتیکی هستند.
مشخصه های کارآئی دینامیکی ، تعریفی از این موضوع هستند که خروجی با چه سرعتی در پاسخ به تغییرات در ورودی عکس العمل و یا پاسخ نشان میدهد. زمان جهش ،( Rise Time ) ثابت زمانی ( Time Constant ) زمان مرده ( Dead Time ) پاسخ فرکانسی ، ( Frequency Response ) و پارامتر های درجه دوم شامل میرایی ، فرکانس رزونانس، زمان قرار (Settling time) و درصد اورشوت و .... همگی مشخصه های دینامیکی هستند و برای تشریح کارآئی دینامیکی مبدلها مورد استفاده قرار میگیرند.
• مشخصه های استاتیکی
برای تعیین مشخصه های استاتیکی یک ترانسدیوسر، عملیات تنظیم ( Calibration ) انجام میشود . این آزمایشی است که برای انجام آن ، مقادیر معلوم و اندازه گیری شده ای به ترانسدیوسر اعمال و خروجی های مرتبط با آنها، در یک جدول یا در یک نمودار ثبت می شوند. معمولاٌ ، عملیات تنظیم ، توسط واحد کنترل کیفیت و بر روی تعدادی نمونه از ترانسدیوسرهای تولید شده انجام میگیرد. دو نکته دیگر هم وجود دارند، که بایستی در خصوص تنظیم دستگاه رعایت شوند.
• از صحت ورودی اعمال شده بایستی اطمینان داشته باشیم . معمولاً این بدان معنی است که خود ورودی کالی بره ش ده است و مدار کی دال بر اینکه مقدار آن با استاندارد تعیین شده توسط اداره بین المللی استاندارد همخوانی دارد، موجود باشد.
• تا زمانی که دقیقاً مشخص شده باشد که عملیات تنظیم ، مربوط به تعیین مشخصات استاتیکی است . پس از اعمال کمیت به ورودی، بایستی پس از ثابت شد ن هرگونه تغییرات در خروجی آنرا ثبت نمود. بعبارت دیگر زمانیکه خروجی بطور کامل به تغییر در کمیت ورودی پاسخ داد و پایدار شد ،بایستی مقدار خروجی ثبت بشود.
دقت : ( Accuracy ) :
یکی از مشخصه های استاتیکی است که، بیشتر از دیگر مشخصه ها مورد استفاده درست و نادرست قرار می گیرد. عملاً دقت بصورت درصد خطا مشخص می شود. خطا اختلاف بین مقدار صحیح ( درست ) خروجی ترانسدیوسر و مقدار خروجی عملی آن است ؛ اما معمولاٌ دقت بصورت درصد خطا تعریف می شود. سوال مهم این است که ، درصد چه چیزی؟ . برای جواب به این سئوال سه پاسخ مختلف وجود دارد.
دقت ممکن است بصورت درصدی از مقیاس کامل خروجی ،( %FSO ) بصورت درصدی ازمقدار خوانده شده ( Measured Value ) ویا بصورت خطای مطلق ( Absolute Error ) بیان شود.
صحت ( Percision ) حساسیت و یا قدرت تفکیک پذیری( Resolution ):
کوچکترین تغییر در ورودی ترا نسد یوسر است که باعث تغییر در خروجی می شود . این مقدار ب ه شما می گوید که تا چه اندازه نزدیک می توانید ورودی را اندازه گیری کنید.اینکودر نوری شکل زیر دارای چهار سوراخ است . هر زمان محور 1/4 دور بچرخد پرتو نور برای مدت کوتاهی به گیرنده نوری تابیده می شود . این موضوع تولید یک پالس می کند ، که می تواند شمرده شود . تعداد پالس های شمارش شده، معین کننده مقداری است که محور چرخیده است . در این نمایش ساده قبل از آنکه خروجی ( مقداری که نمایش داده می شود ) یک شماره عوض شود، محور بایستی 90 درجه بچرخد. بنابراین این اینکودر دارای یک رزولوشن 90 درجه است. اینکودرهای نوری صنعتی 100 تا 1000 پالس در هر دو ر چرخش تولید می کنند.
اینکودر نوری ساده
از کامپیوتر در کنترل فرایندهای صنعتی بطور وسیعی استفاده می شود. تعداد بیت های تو لید شده بوسیله یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ( A/D ) تعیین کننده قدرت تفکیک نهائی اندازه گیری به عمل آمده می باشد. قدرت تفکیک یک مبدل آنالوگ به دیجیتال مساویست با Resolution = 1/2n که در آن n تعداد بیت های یک عدد باینری است . بنابراین یک مبدل 8 بیتی می تواند قدرت تشخیص یک در 28 یا 256 داشته باشد . یک مبدل 10 بیتی می تواند یک سیگنال آنالوگ را به 1024 تقسیم کند . به همین ترتیب یک مبدل 12 بیتی، قدرت تفکیک برابر با 4096 دارد.
تکرار پذیری ( Repeatability):
نشان دهنده این است که تا چه اندازه مقدار خروجی یک ترانسدیوسر،در پاسخ به چندین بار اعمال یک ورودی تغییر می کند و در واقع به مقدار اصلی خود بر می گردد .
هیسترزیس Hysteresis:
نشانه ای از قابلیت تکرار خروجی ترانسدیوسر است . ممکن است ورودی در روند افزایشی، خروجی متفاوتی نسبت به وقتیکه ورودی روند کاهشی را طی می کند تولید کنند . به همین دلیل دو سری عملیات تنظیم کردن انجام می شوند؛ یکی برای حالت افزایشی و دیگری برای حالت کاهشی.
خاصیت خطی بودن ( Linearity):
سه روش معمول برای تعیین خاصیت خطی بود ن عبارتند از : خطی بودن نقاط انتهائی ، خطی بودن خطوط مستقیم غیر وابسته و روش کمترین مربعات ( که بهترین تشابه و یا خطی سازی حدی نیز خوانده می شوند ). برای حالت خطی بودن نقاط انتهائی ، یک خط مستقیم بین دو نقطه انتهائی منحنی کالیبراسیون رسم می کنیم. اگر از مقادیر تئوری صفر و درجه بندی کامل ورودی و خروجی استفاده شود، عدد نتیجه شکل خطی تئوری نامیده می شود.
• مشخصات دینامیکی
تمام مشخصه هائی که در قسمت قبل ارائه شدند مشخصه های استاتیکی بودند . ورودی به ترانسدیوسر اعمال شده اجازه داده می شد تا سیستم پاسخ داده و پایدار شود و سپس خروجی اندازه گیری می شد. در حقیقت، اگر ترانسدیوسر وقتی که مقادیر را ثبت می کنیم پاسخ کامل نداده باشد، داده های اشتباهی بدست خواهند آمد . هر چند ، به ندرت ترانسدیوسر ها در یک وضعیت استاتیک مورد استفاده قرار می گیرند . هدف از استفاده از ترانسدیوسر آن است که تغییرات ورودی اش را احساس نموده و آنها را به کنتر ل کننده ای که کارائی سیستم را کنترل می کند تحویل دهد . بنابراین اینکه ترانسدیوسر با چه سرعتی به تغییرات ورودی اش پاسخ می دهد، اهمیت دارد. به این مشخصه ها پاسخ های دینامیکی گفته می شود.عملکرد دینامیکی یک ترانسدیوسر را می توان به دو طریق تشری ح نمود. پاسخ ترانسدیوسر به تغییر پله در
وردی اش، بوسیله زمان جهش، ثابت زمانی، و زمان مرده تعریف می شود.اگر ترانسدیوسر دارای مشخصه ای از نوع درجه دوم باشد، ضریب میرایی ، فرکانس رزونانس و زمان پا سخ یا درصد جهش ممکن است داده شوند. نوع دوم مشخصه های دینامیکی بصورت پاسخ ترانسدیوسر به ورودی سینوسی تعریف می شود. ممکن است منحنی پاسخ فرکانس و فرکانس قطع بالا مشخص بشوند.