Snímače – Požadavky a vlastnosti

Požadavky kladené na snímače lze shrnout do následujících bodů:

Požadavky na snímače

#	Požadavek	Popis	Příklad / dopad
a)	Jednoznačná závislost	Výstupní veličina je jednoznačnou funkcí vstupní veličiny	Monotonní charakteristika, žádné hystereze
b)	Přesnost a reprodukovatelnost	Časová nezávislost parametrů snímače (stabilita v čase)	Drift < 0,1 %/rok, opakovatelnost ±0,05 %
c)	Vhodný tvar statické charakteristiky	Lineární, velká strmost, minimální práh citlivosti	Linearita ±0,1 % FS, strmost 10 mV/°C
d)	Optimální dynamické parametry	Časová konstanta, tvar frekvenční charakteristiky, šířka přenášeného frekvenčního pásma	τ < 1 s pro teplotní snímače, τ < 1 ms pro tlak
e)	Minimální závislost na parazitních vlivech	Teplota, tlak, vlhkost, chvění	Kompenzace teploty okolí, mechanické tlumení
f)	Minimální signálové zatěžování	Měřený objekt není výrazně ovlivněn snímačem	Bezdotykové měření, malá tepelná kapacita
g)	Jednoduchá konstrukce	Snadná údržba, dostupná cena	Modulární konstrukce, standardizované rozhraní

Statická charakteristika popisuje vztah mezi vstupní a výstupní veličinou v ustáleném stavu.

Lineární charakteristika – výstup je přímo úměrný vstupu (ideální případ). Příklad: Pt100 (0–100 °C → 100–138,5 Ω).
Strmost (sensitivity) – poměr změny výstupu ku změně vstupu (dY/dX). Příklad: 10 mV/°C pro termočlánek K.
Práh citlivosti – nejmenší změna vstupu, kterou snímač ještě zaznamená (rozlišení).
Rozsah (range / span) – interval vstupních hodnot, ve kterém snímač pracuje správně.
Hystereze – rozdíl výstupu při stejné vstupní hodnotě při vzestupu a sestupu (ideálně 0).
Nelinearita – odchylka od ideální přímky (typicky ±0,1 % až ±1 % FS).

Dynamické parametry popisují chování snímače při změně vstupu v čase.

Časová konstanta (τ) – doba, za kterou výstup dosáhne 63,2 % konečné hodnoty (pro systém 1. řádu). Příklad: τ = 5 s pro teplotní článek v ochranné trubce.
Doba odezvy (response time, t₉₀) – doba do dosažení 90 % konečné hodnoty.
Frekvenční charakteristika – jak snímač reaguje na různé frekvence vstupního signálu (Bodeho diagram).
Šířka přenášeného frekvenčního pásma – max. frekvence, kterou snímač ještě zvládne přenést bez výrazného útlumu (−3 dB).
Doba ustálení (settling time) – doba do vstupu do ±1 % (nebo ±0,1 %) konečné hodnoty.

Parazitní vlivy jsou veličiny, které nejsou předmětem měření, ale ovlivňují výstup snímače.

Vliv	Mechanismus	Dopad	Kompenzace
Teplota	Změna materiálových vlastností, tepelná roztažnost	Offset, změna strmosti, drift	Kompenzační obvod, kalibrace při více teplotách
Tlak	Mechanická deformace, změna geometrie	Změna kapacity, odporu, indukčnosti	Mechanická izolace, diferenciální konstrukce
Vlhkost	Změna izolačních vlastností, koroze	Zkrat, drift, degradace	Hermetické pouzdro, povlaky, izolace
Chvění / vibrace	Mechanické namáhání, mikrofonický efekt	Šum, mechanické poškození	Tlumení, pevné uchycení, frekvenční filtrace
Elektromagnetické pole	Indukce napětí v signálových vodičích (Faraday)	Šum, rušení, chyba měření	Stínění, diferenciální přenos, filtrace
Zemní smyčky	Rozdílové potenciály zemí	Offset, drift, poškození	Galvanické oddělení, optopáry, diferenciální signál

Snímač vždy ovlivňuje měřený proces – čím více, tím horší přesnost.

Snímač je v přímém kontaktu s měřeným prostředím
Příklad: Dotykový teploměr (termočlánek) snižuje teplotu měřicího místa odtokem tepla
Příklad: Ampérmetr vložený do obvodu zvyšuje odpor a snižuje proud
Příklad: Proudový snímač (shunt) zvyšuje úbytek napětí

Minimální zatěžování měřeného objektu
Příklady: Optické snímače (pyrometry), kapacitní snímače hladiny, indukční snímače polohy, Hallův snímač proudu
Výhody: Žádný kontakt, žádné opotřebení, vysoká rychlost
Nevýhody: Vyšší cena, složitější konstrukce, citlivost na okolní podmínky