Folosim diferite sisteme și tipuri de echipamente pentru măsurarea diferitelor mărimi fizice. Precizia măsurătorii depinde de diverși factori. Echipamentele utilizate pentru măsurători își pot pierde precizia atunci când sunt utilizate la temperaturi mai ridicate, umiditate ridicată sau condiții de umiditate ridicate, supuse degradării, supuse șocurilor externe, etc. Acest lucru poate fi observat ca o eroare în măsurare. Pentru a rezolva această eroare și pentru a face modificările necesare la metodele de calibrare a echipamentului sunt utilizate. Astăzi, senzorii sunt folosiți pentru a face diferite măsurători. Există senzori pentru măsurarea temperaturii, culorii, umidității etc. Calibrarea senzorilor joacă un rol crucial în eliminarea erorilor din măsurătorile senzorilor.
Ce este calibrarea senzorilor?
Senzorii sunt dispozitive electronice. Sunt sensibili la schimbările din mediul lor de lucru. Schimbările nedorite și bruște în mediile de lucru ale senzorilor dau valori de ieșire nedorite. Astfel, ieșirea așteptată diferă de ieșirea măsurată. Această comparație între ieșirea așteptată și ieșirea măsurată se numește Calibrare senzor.
Calibrarea senzorului joacă un rol crucial în creșterea performanței senzorului. Este folosit pentru a măsura erorile structurale cauzate de senzori. Diferența dintre valoarea așteptată și valoarea măsurată a senzorului este cunoscută sub numele de Eroare structurală.
Principiul de funcționare
Calibrarea senzorilor ajută la îmbunătățirea performanței și preciziei senzorilor. Există două procese bine cunoscute în care calibrarea senzorilor este realizată de industrii. În prima metodă companiile adaugă un proces de calibrare intern la unitatea lor de fabricație pentru a efectua calibrarea individuală a senzorilor. Aici compania adaugă, de asemenea, hardware-ul necesar la proiectarea lor pentru corectarea senzorului. Prin acest proces, calibrarea senzorului poate fi modificată pentru a corespunde cerințelor specifice aplicației. Dar acest proces mărește timpul de lansare pe piață.
Alternativa acestui proces de calibrare intern, mai multe companii producătoare oferă pachete de senzori cu o calitate auto de înaltă calitate Senzor MEMS împreună cu calibrarea completă la nivel de sistem. În acest proces, companiile includ un circuit digital la bord și un software pentru a ajuta proiectanții să îmbunătățească funcționalitatea și performanța senzorilor. Pentru a reduce timpul de proiectare a produsului și numărul de componente, sunt incluse circuite digitale, cum ar fi reglarea tensiunii și tehnici de filtrare a semnalului analogic. Pentru a îmbunătăți performanța generală și funcționalitatea, procesorul de la bord este prevăzut cu algoritmi sofisticati de fuziune a senzorilor. Unii dintre algoritmii sofisticati de procesare a semnalului de la bord ajută, de asemenea, la reducerea timpului de fabricație, permițând timpul mai rapid de comercializare.
Metoda standard de referință
Aici, ieșirea senzorului este comparată cu o referință fizică standard pentru a cunoaște eroarea în unele senzori. Exemple de calibrare a senzorilor sunt rigle și bastoane de măsurare, Pentru senzori de temperatură- Fierbere a apei la 100C, Punct triplu de apă, Pentru accelerometre- „gravitația este constantă 1G pe suprafața pământului”.
Metode de calibrare
Există trei metode standard de calibrare utilizate pentru senzori. Sunt-
- Calibrare cu un punct.
- Calibrare în două puncte.
- Montare curbă în mai multe puncte.
Înainte de a cunoaște aceste metode trebuie să cunoaștem conceptul de curbă caracteristică. Fiecare senzor are o curbă caracteristică care arată răspunsul senorului la valoarea de intrare dată. În procesul de calibrare, această curbă caracteristică a senzorului este comparată cu răspunsul său liniar ideal.
Unii dintre termenii folosiți cu curba caracteristică sunt-
- Offset - Această valoare ne spune dacă ieșirea senzorului este mai mare sau mai mică decât răspunsul liniar ideal.
- Sensibilitate sau înclinare - Aceasta oferă rata de schimbare a ieșirii senzorului. O diferență de înclinație arată că ieșirea senzorului se schimbă la o rată diferită de răspunsul ideal.
- Liniaritate - Nu toți senzorii au o curbă caracteristică liniară peste domeniul de măsurare dat.
Calibrarea cu un punct este utilizată pentru a corecta erorile de compensare a senzorului atunci când este necesară măsurarea precisă a unui singur nivel și senzorul este liniar. Senzorii de temperatură sunt de obicei calibrați într-un punct.
Calibrare într-un punct
Calibrarea în două puncte este utilizată pentru a corecta atât erorile de pantă, cât și erorile off-set. Această calibrare este utilizată în cazurile în care senzorul știm că ieșirea senzorului este în mod rezonabil liniară într-un domeniu de măsurare. Aici sunt necesare două valori de referință - referință înaltă, referință scăzută.
Calibrare în două puncte
Montarea cu curbă în mai multe puncte este utilizată pentru senzorii care nu sunt liniari peste domeniul de măsurare și necesită o potrivire a curbei pentru a obține măsurători precise. Montarea curbei în mai multe puncte se face de obicei pentru termocupluri atunci când este utilizată în condiții extrem de calde sau extrem de reci.
Pentru tot procesul de calibrare de mai sus, curbele caracteristice ale senzorilor sunt trasate și comparate cu răspunsul liniar și se cunoaște eroarea.
Aplicații de calibrare a senzorilor
Calibrarea senzorului în termeni simpli poate fi definită ca o comparație între ieșirea dorită și ieșirea măsurată. Aceste erori pot fi cauzate de diverse motive. Unele dintre erorile observate în senzori sunt erori datorate referinței zero necorespunzătoare, erori datorate deplasării în domeniul senzorilor, erori datorate deteriorării mecanice etc. Calibrarea nu este similară cu reglarea.
Procesul de calibrare include plasarea DUT-‘Device Under Test ’în configurații ale căror stimuli de intrare inerțială pentru senzor sunt cunoscuți, ceea ce ne ajută să determinăm erorile reale în măsurători.
Procesul de calibrare ne ajută să determinăm următoarele rezultate-
- Nu s-a observat nicio eroare pe DUT.
- Se observă o eroare și nu se face nicio ajustare.
- Se face o ajustare pentru a elimina eroarea și eroarea este corectată la nivelul dorit.
Pentru calibrarea senzorului se folosesc modele de senzori. Calibrarea senzorului este aplicată în sistemele de control pentru a monitoriza și regla procesele de control. Sistemele automate aplică, de asemenea, calibrarea senzorului pentru a obține rezultate fără erori.
Utilizarea calibrării senzorului
Procesul de calibrare este utilizat pentru a crește performanța și funcționalitatea sistemului. Ajută la reducerea erorilor din sistem. Un senzor calibrat oferă rezultate exacte și poate fi utilizat ca citire de referință pentru comparație.
Odată cu creșterea tehnologiei încorporate și a dimensiunii reduse a senzorilor, mulți senzori sunt integrați pe un singur cip. Erorile nedetectate la un senzor pot cauza degradarea întregului sistem. Este important să calibrați senzor pentru a obține performanța exactă a sistemelor automate. Care sunt referințele standard utilizate pentru calibrarea senzori de temperatură ?
