Na meranie rôznych fyzikálnych veličín používame rôzne systémy a typy zariadení. Presnosť merania závisí od rôznych faktorov. Zariadenia používané na meranie môžu stratiť svoju presnosť, keď sa používajú pri vyšších teplotách, vysokej vlhkosti alebo vlhkostných podmienkach, sú vystavené degradácii, vystavené vonkajším šokom atď. To možno považovať za chybu merania. Na odstránenie tejto chyby a vykonanie potrebných zmien sa používajú kalibračné metódy zariadenia. Dnes sa senzory používajú na vykonávanie rôznych meraní. Existujú snímače na meranie teploty, farby, vlhkosti atď.… Kalibrácia snímača hrá rozhodujúcu úlohu pri odstraňovaní chýb v meraniach snímačov.

Čo je to kalibrácia snímača?

Senzory sú elektronické zariadenia. Citlivo reagujú na zmeny v ich pracovnom prostredí. Nežiaduce a náhle zmeny v pracovnom prostredí senzorov poskytujú nežiaduce výstupné hodnoty. Očakávaný výkon sa teda líši od nameraného výkonu. Toto porovnanie medzi očakávaným výstupom a nameraným výstupom sa nazýva Kalibrácia senzora.

Kalibrácia snímača hrá zásadnú úlohu pri zvyšovaní výkonu snímača. Používa sa na meranie štrukturálnych chýb spôsobených senzormi. Rozdiel medzi očakávanou hodnotou a nameranou hodnotou snímača sa nazýva štrukturálna chyba.

Pracovný princíp

Kalibrácia snímača pomáha zlepšovať výkon a presnosť snímačov. Existujú dva známe procesy, pri ktorých kalibráciu senzorov vykonávajú priemyselné odvetvia. V prvej metóde spoločnosti pridali do svojej výrobnej jednotky vlastný kalibračný proces na vykonávanie individuálnej kalibrácie senzorov. Spoločnosť sem tiež pridáva potrebný hardvér pre svoju korekciu výstupu snímača. Týmto procesom je možné zmeniť kalibráciu snímača tak, aby zodpovedala špecifickým požiadavkám aplikácie. Tento proces ale predlžuje čas uvedenia na trh.

Alternatívou tohto procesu vlastnej kalibrácie je niekoľko výrobných spoločností, ktoré poskytujú balíčky snímačov s vysoko kvalitnou automobilovou kvalitou Senzor MEMS spolu s kompletnou kalibráciou na úrovni systému. V tomto procese spoločnosti zahŕňajú palubné digitálne obvody a softvér, ktoré pomáhajú návrhárom zlepšiť funkčnosť a výkon snímačov. Aby sa skrátil čas návrhu a počet komponentov, sú zahrnuté digitálne obvody, ako napríklad regulácia napätia a techniky filtrovania analógových signálov. Na zlepšenie celkového výkonu a funkčnosti je palubný procesor vybavený sofistikovanými algoritmami fúzie senzorov. Niektoré zo sofistikovaných algoritmov spracovania signálu na palube tiež pomáhajú znížiť výrobný čas a umožniť rýchlejší uvedenie na trh.

Štandardná referenčná metóda

Tu sa výstup senzora porovnáva so štandardnou fyzickou referenciou, aby sa zistila chyba v niektorých senzoroch. Príklady kalibrácie snímača sú pravítka a meracie tyčinky, pre snímače teploty - vriaca voda pri 100 ° C, trojitý bod vody, pre akcelerometre - „gravitácia je na povrchu Zeme konštantná 1G“.

Metódy kalibrácie

Pre senzory sa používajú tri štandardné kalibračné metódy. Oni sú-

Jednobodová kalibrácia.
Dvojbodová kalibrácia.
Viacbodové zakrivenie.

Predtým, ako sa oboznámime s týmito metódami, musíme poznať pojem charakteristická krivka. Každý snímač má charakteristickú krivku, ktorá zobrazuje odozvu senzora na zadanú vstupnú hodnotu. V procese kalibrácie sa táto charakteristická krivka snímača porovnáva s jej ideálnou lineárnou odozvou.

Niektoré z pojmov použitých s charakteristickou krivkou sú -

Ofset - táto hodnota nám hovorí, či je výstup snímača vyšší alebo nižší ako ideálna lineárna odozva.
Citlivosť alebo sklon - udáva rýchlosť zmeny výstupu snímača. Rozdiel v sklone ukazuje, že výstup snímača sa mení inou rýchlosťou, ako je ideálna odozva.
Linearita - Nie všetky snímače majú lineárnu charakteristiku v danom rozsahu merania.

Jednobodová kalibrácia sa používa na opravu chýb odsadenia snímača, keď je potrebné presné meranie iba jednej úrovne a snímač je lineárny. Teplotné snímače sú zvyčajne kalibrované v jednom bode.

Jednobodová kalibrácia

Dvojbodová kalibrácia sa používa na korekciu chýb sklonu aj posunu. Táto kalibrácia sa používa v prípadoch, keď snímač poznáme, že výstup snímača je primerane lineárny v rozsahu merania. Tu sú potrebné dve referenčné hodnoty - referencia High, referencia Low.

Dvojbodová kalibrácia

Viacbodová krivka prispôsobenia sa používa pre snímače, ktoré nie sú lineárne v rozsahu merania a na získanie presných meraní vyžadujú určité prispôsobenie krivky. Viacbodové prispôsobenie krivky sa zvyčajne vykonáva pre termočlánky, keď sa používajú v extrémne horúcich alebo extrémne chladných podmienkach.

Pre všetky vyššie uvedené kalibračné procesy sú charakteristické krivky snímačov nakreslené a porovnané s lineárnou odozvou a chybou.

Aplikácie kalibrácie senzorov

Kalibráciu senzora je možné jednoducho definovať ako porovnanie medzi požadovaným výstupom a nameraným výstupom. Tieto chyby môžu byť spôsobené rôznymi dôvodmi. Niektoré z chýb zaznamenaných v snímačoch sú chyby v dôsledku nesprávnej nulovej referencie, chyby v dôsledku posunutia rozsahu snímača, chyby v dôsledku mechanického poškodenia atď. ... Kalibrácia nie je podobná nastaveniu.

Proces kalibrácie zahŕňa umiestnenie DUT - „Testovaného zariadenia“ do konfigurácií, ktorých inerciálne vstupné stimuly pre senzor sú známe, čo nám pomáha určiť skutočné chyby v meraniach.

Proces kalibrácie nám pomáha určiť nasledujúce výsledky -

Na DUT nebola zaznamenaná žiadna chyba.
Zaznamenala sa chyba a nevykonali sa žiadne úpravy.
Vykoná sa úprava odstránenia chyby a chyba sa opraví na požadovanú úroveň.

Na kalibráciu snímačov sa používajú modely snímačov. Kalibrácia snímača sa používa v riadiacich systémoch na monitorovanie a prispôsobenie riadiacich procesov. Automatické systémy tiež používajú kalibráciu snímačov, aby dosiahli bezchybné výsledky.

Použitie kalibrácie snímača

Proces kalibrácie sa používa na zvýšenie výkonu a funkčnosti systému. Pomáha pri znižovaní chýb v systéme. Kalibrovaný snímač poskytuje presné výsledky a môže byť použitý ako referenčný údaj pre porovnanie.

S nárastom zabudovanej technológie a nízkou veľkosťou senzorov je veľa senzorov integrovaných do jedného čipu. Neodhalené chyby v jednom senzore môžu spôsobiť degradáciu celého systému. Je dôležité kalibrovať senzor na získanie presného výkonu automatizovaných systémov. Aké sú štandardné referencie použité na kalibráciu snímače teploty ?