عوامل محیطی سنسور

میزان استفاده از سنسور به‌شدت به شرایط نگه‌داری و عملیات محیطی، میزان جداسازی اجزای سنسور از محیط و متریالی که برای ساخت آن‌ها استفاده می‌شود؛ بستگی دارد. پدیده‌ی بالارفتن سن (aging)، برای سنسورهایی که دارای عناصر آلی هستند؛ معمول است و به‌طورکلی برای سنسورهایی که فقط با مواد غیرآلی ساخته شده‌اند مشکلی نیست. به‌عنوان مثال، ترمیستورهای متالاکسید پوشش داده‌شده با شیشه درمقایسه با ترمیستورهای با روکش اپوکسی، پایداری طولانی مدت بسیار بیشتری از خود نشان می‌دهند.

یک روش مؤثر برای بهبود پایداری طولانی مدت این است که عنصر را در شرایط پیش از بالارفتن سن شدید، قرار داد. شدت این شرایط ممکن است؛ از پایین‌ترین به بالاترین دوره گردش داشته باشد. به‌عنوان مثال، یک سنسور ممکن است؛ به‌طور دوره‌ای از دمای انجماد به دمای ذوب تغییر یابد. چنین aging سریعی، نه‌تنها پایداری مشخصه‌های سنسور را افزایش می‌دهد؛ بلکه قابلیت اطمینان را نیز بهبود می‌بخشد. زیرا فرآیند پیش از aging، بسیاری از عیوب پنهان را نشان می‌دهد. به‌عنوان مثال، ترمیستورهای پوشش داده‌شده با اپوکسی، اگر قبل از کالیبره‌شده و نصب در محصول، به مدت یک ماه در دمای 150 درجه سانتی‌گراد نگه‌داری شوند؛ ممکن است؛ تا حد زیادی بهبود یابند.

شرایط محیطی‌ای که یک سنسور در معرض آن  قرار می‌گیرد، شامل متغیرهایی نیست که سنسور، اندازه‌گیری می‌کند.

به‌عنوان مثال، یک سنسور فشار هوا، معمولا نه تنها تحت فشار هوا، بلکه تحت تاثیر سایر عوامل محیطی نیز قرار می‌گیرد: مانند دمای هوا ، رطوبت، ارتعاش، تابش یونیزه، میدان‌های الکترومغناطیسی، نیروهای گرانشی و غیره. همه‌ی این عوامل، ممکن است و معمولا بر عملکرد سنسور تاثیر می‌گذارند. تغییرات استاتیکی و دینامیکی، در این شرایط، باید در نظر گرفته‌شود. برخی از عوامل محیطی سنسور معمولا ماهیت ضریبی دارند، یعنی، تابع انتقال سنسور را تغییر می‌دهند ( به‌عنوان مثال، تغییر بهره‌ی آن). یک مثال، کرنش‌سنج (استرین گیج) مقاومتی است که حساسیت آن با دما افزایش می‌یابد.

پایداری محیطی، بسیار گسترده است و معمولا، یک نیاز بسیار مهم است. هم طراح سنسور و هم مهندس اپلیکیشن باید همه‌ی عوامل خارجی احتمالی را که ممکن است بر عملکرد سنسور تاثیر بگذارند؛ درنظر بگیرند. یک شتاب‌سنج پیزوالکتریک، ممکن است سیگنال‌هایی تولید کند که به علت تغییرات ناگهانی دمای محیط، تخلیه‌ی الکترواستاتیکی، تشکیل بارهای الکتریکی ( اثر تریبوالکتریک)، لرزش کابل اتصال، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و غیره باشد. حتی اگر  کمپانی سازنده‌ چنین اثراتی را مشخص نکند؛ یک مهندس اپلیکیشن، باید آن‌ها را در مرحله‌ی نمونه اولیه فرآیند طراحی، شبیه‌سازی کند. اگر درواقع عوامل محیطی، عملکرد سنسور را کاهش دهند ممکن است اقدامات اصلاحی بیشتری موردنیاز باشد ( به‌عنوان مثال، قراردادن سنسور در جعبه‌ی محافظ الکتریکی، استفاده از عایق حرارتی یا ترموستات).

فاکتورهای دما، برای عملکرد سنسور بسیار مهم هستند. آن‌ها باید شناخته شوند و موردتوجه قرار گیرند. محدوده‌ی دمای عملیاتی، دامنه‌ی دمای محیط است که با حداکثر و حداقل حد آن‌ها ( به‌عنوان مثال، ۲۰- تا °۱۰۰+ سانتی‌گراد) ارائه می‌شود و در آن، سنسور دقت تعیین شده‌اش را حفظ می‌کند.

بسیاری از سنسورها با دما، تغییر می‌کنند و تابع انتقال آن‌ه ممکن است؛ به‌طور قابل توجهی تغییر کند. عناصر جبران‌کننده ویژه، اغلب مستقیما در سنسور یا در مدارهای تصحیح سیگنال گنجانده می‌شوند تا خطاهای دما را جبران کنند. ساده‌ترین راه برای تعیین تلورانس اثرات حرارتی توسط مفهوم باند خطا ارائه شده‌است؛ که به‌سادگی نوار خطای قابل اعمال بر روی باند دمای عملیاتی است. یک باند دما، ممکن است به بخش‌هایی تقسیم شود؛ درحالی‌که، باند خطا به‌طور جداگانه برای هر بخش، مشخص می‌شود.

برای مثال، یک سنسور ممکن است؛ برای داشتن دقت ۱%± در محدوده‌ی °۰ تا °۵۰، مثبت منفی %۲ ، در محدوده‌ی °۲۰- تا °۰ درجه سانتی گراد ۱%± و  از °۵۰ تا °۱۰۰ سانتی گراد %۳ ± و برای بیشتر از  این محدوده در محدوده‌های عملیاتی مشخص‌شده از ۴۰- تا ۱۵۰+ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد. دماها، همچنین بر مشخصه‌های دینامیکیتاثیر می‌گذارند؛ به‌ویژه زمانی‌که از میرایی ویسکوز، استفاده می‌کنند. تغییر دمای نسبتا سریع، ممکن است باعث شود سنسور یک سیگنال خروجی جعلی، تولید کند. به‌عنوان مثال، یک سنسور پیروالکتریکی دوگانه در یک آشکارساز حرکت به دمای محیط که به‌آرامی تغییر می‌کند؛ حساس نیست. با این‌حال، هنگامی‌که دما به‌سرعت تغییر می‌کند؛ سنسور جریان الکتریکی تولید می‌کند که ممکن است توسط یک مدار پردازشی به‌عنوان یک پاسخ معتبر به یک محرک تشخیص داده شود و بنابراین باعث تشخیص مثبت کاذب می‌شود.

یک خطای خودگرمایی، ممکن است؛ زمانی مشخص شود که یک سیگنال تحریک توسط یک سنسور جذب شود و دمای آن را چنان تغییر دهد که ممکن است بر دقت آن، تاثیر بگذارد. به‌عنوان مثال، یک سنسور دمای ترمیستور، نیاز به عبور جریان الکتریکی دارد که باعث اتلاف گرما در بدنه‌ی حسگر می‌شود. بسته به جفت‌شدن آن با محیط، دمای سنسور ممکن است به دلیل اثر خود گرمایشی، افزایش یابند. این، منجر به خطا در اندازه‌گیری دما می‌شود؛ زیرا اکنون، ترمیستور به‌عنوان یک منبع جعلی اضافی انرژی حرارتی، عمل می‌کند. کوپلینگ، بستگی به محیطی دارد که سنسور در آن، تماس خشک، مایع، هوا و غیره کار می‌کند. بدترین اتصال ممکن است از طریق هوای ساکن باشد. برای ترمیستورها سازندگان اغلب خطاهای خودگرمایشی در هوا، مایع هم‌زده یا سایر واسطه‌ها را مشخص می‌کنند.

افزایش دمای سنسور، بالاتر از محیط اطراف خود را می‌توان از فرمول زیر، پیدا کرد: