U modernom tehnološkom svetu, instrumentacija igra veoma važnu ulogu. Suštinska komponenta koja je integralno povezana sa instrumentacijom je senzor. Zadatak senzora je da skuplja različite informacije vezane za pojedine procese. Mogu da se koriste pre, u toku i posle određenih procesa.

Senzori detektuju veličine koje se mere i konvertuju ih u neku prihvatljivu formu, generalno u električne signale. Senzori se još nazivaju i pretvaračima. Pretvarač je uređaj koji pretvara signal jedne fizičke veličine u odgovarajući signal druge fizičke veličine.

Konačni izbor senzora ili pretvarača zavisi od veličine koja se meri, potrebne preciznosti, osetljivosti, cene, veličine i načina upotrebe. Prilikom projektovanja sistema izbor senzora je veoma bitan. Maksimalna tačnost celog sistema zavisi od tačnosti pojedinih senzora i interno generisanog šuma od samog senzora.

Generalno se može reći da se svaki senzor sastoji iz više osnovnih elemenata ili modula:

• Modul za detektovanje: prima signal iz merene sredine (kao što su pritisak, temperatura, zračenje, magnetno polje itd.) i na osnovu njih generiše izlazni signal koji zavisi od izmerene vrednosti.
• Modul za konverziju: konvertuje signal koji dobijamo na izlazu modula za detekciju u odgovarajući signal drugog oblika. Ovaj modul se često naziva i pretvarački modul. Često se pretvaranje ulaznog signala odvija u više etapa.
• Modul za obradu: vrši uobličavanje signala. Uglavnom su signali koji se dobijaju suviše mali pa ih je potrebno uobličiti i pojačati. Ovaj modul prima mali ulazni signal i generiše mnogo veći izlazni signal.
• Modul za prenos podataka: prenosi signal od mesta na kome se vrši merenje do mesta gde će rezultati merenja biti prikazani.
• Modul za prikaz podataka: daje informaciju o merenim veličinama u formi koja će biti prepoznata od strane korisnika. Ovaj modul može biti jednostavna skazaljka koja skreće u zavisnosti od izmerene veličine ili neki komplikovaniji uređej koji će obuhvatiti odgovarajući displej ili PC računar.

Klasifikacija senzora

… može se izvršiti na osnovu izlaznog signala, napajanja, operativnog moda i veličina koje se mere.

Prema obliku signala koji daju na svom izlazu senzori se dele na:

• Analogni senzori: na svom izlazu daju kontinualni, neprekidni niz vrednosti. Izlazni signal je proporcionalan veličini koja se meri, a informacija o vrednosti veličine koja se meri je sadržana u amplitudi izlaznog signala. Izlaz ovih senzora se obično preko A/D konvertora povezuje na kompijuter ili mikrokontreler.
• Digitalni senzori: na svome izlazu daju niz diskretnih vrednosti. Svaka vrednost je nezavisna od prethodne i sledeće vrednosti. Na svom izlazu može da se pojavi jedna od unapred definisanih digitalnih vrednosti. Digitalni senzori su poznati po svojoj tačnosti i jednostavnim povezivanjem na kompijuter ili mikrokontroler bez potrebe za dodatnim konvertorima.

Prema izvoru napajanja senzori se dele na:

• Aktivni senzori: zahtevaju spoljašnje napajanje za generisanje izlaznog signala
• Pasivni senzori: kod pasivnih senzora izlazni signal se generiše zahvaljujući ulaznim parametrima, odnosno ovaj samo-generišući senzor proizvodi električni signal na račun spoljašnjeg uticaja na senzor. Primeri pasivnih senzora su piezoelktrični i radioaktivni senzori.

Na osnovu operativnog moda senzori se klasifikuju na:

• Skretni senzori: se koriste u fizičkim sklopovima gde je izlazna veličina proporcijonalna merenoj vrednosti koja se prikazuje.
• Senzori nultog tipa: kod ovog tip senzora svaka promena merene veličine se balansira protivsilom tako da se svaki debalans detektuje.

Svakako najvažnija klasifikacija senzora izvršena je na osnovu veličina koje se mere. Prema ovom kriterijumu senzori se dele na: električne, mehaničke, akustične, hemijske, magnetne, optičke, termičke itd.

Karakteristike senzora

• Osetljivost: je sposobnost mernog instrumenta da odgovori na promene veličine koja se meri. Definiše se kao odnos promene izlazne veličine (?O) i ulazne veličine (?I).
  
• Rezolucija: je definisana kao najmanja promena merene veličine koja može biti detetektovana. Takođe je poznata ko stepen finoće kojom se mogu izvršiti merenja.
• Tačnost: je mera razlike između izmerene i tačne vrednosti. Ona zavisi od samih mogućnosti i ograničenja instrumenta kojim se vrši merenje.
• Preciznost: je sposobnost instrumenta da daje određeni broj očitavanja unutar date tačnosti. Preciznost merenja zavisi od pouzdanosti instrumenta.
• Prazan hod: je definisan kao maksimalno odstojanje ili ugao za koji bilo koji deo mehaničkog sistema može biti pomeren a da se pri tome pričvršćeni deo ne pomeri. Ovo je neželjena pojava i veoma je vazno otkloniti je ili smanjti u projektovanju uređaja sa zupčanicima.
• Ponovljivost: je sposobnost instrumenta da daje iste izlazne vrednosti kada na ulazu pri istim uslovima imamo istu ulaznu vrednost.
• Linearnost: teži se da izlazni signal bude linearna funkcija ulaznog sistema.Linearnost se jako teško postiže i odstupanje od idealnog slučaja se naziva linearna tolerancija. Nelinearnost nastaje zbog upotrebe nelinearnih elemenata, histerezisa, curenja i pojačavača.

Moderni sistemi se jako puno oslanjaju na upotrebu senzora. Kontrola industrijskih procesa i automatizovanih sistema bila bi veoma teška bez preciznih senzora. Konačni izbor senzora zavisi od željene tačnosti, tako da u slučajevima gde nije potreban visok nivo tačnosti nije ekonomično koristiti skupe i precizne senzore. Svaki sistem koji se zasniva na mernom sistemu mora uključiti i određenu dozu nesigurnosti. Nesigurnost može biti izazvana netačnošću senzora , slučajnim promenama merenih veličina i stanjem okoline u kojoj se vrši merenje. Tačnost celog sistema zavisi od tačnosti pojedinačnih komponenti koje se koriste. Tako da kod sistema koji se sastoje od velikog broja podsistema i komponenti greška i netačnost pojedinačnih komponenti mogu imati veliki akumulativni efekat. Iz tog razloga je pravilan izbor senzora veoma bitan.