Używamy różnych systemów i typów urządzeń do pomiaru różnych wielkości fizycznych. Dokładność pomiaru zależy od różnych czynników. Sprzęt używany do pomiarów może stracić swoją precyzję, gdy jest używany w wyższych temperaturach, warunkach wysokiej wilgotności lub wilgotności, ulega degradacji, jest narażony na wstrząsy zewnętrzne itp. Można to zaobserwować jako błąd pomiaru. Aby poradzić sobie z tym błędem i wprowadzić niezbędne zmiany w metodach kalibracji sprzętu. Obecnie czujniki są używane do wykonywania różnych pomiarów. Istnieją czujniki do pomiaru temperatury, koloru, wilgotności itp. Kalibracja czujnika odgrywa kluczową rolę w usuwaniu błędów w pomiarach czujnika.
Co to jest kalibracja czujnika?
Czujniki to urządzenia elektroniczne. Są wrażliwi na zmiany w środowisku pracy. Niepożądane i nagłe zmiany w środowisku pracy czujników dają niepożądane wartości wyjściowe. Zatem oczekiwana produkcja różni się od zmierzonej produkcji. To porównanie oczekiwanej mocy wyjściowej i zmierzonej wartości wyjściowej nosi nazwę Kalibracja czujnika.
Kalibracja czujnika odgrywa kluczową rolę w zwiększaniu wydajności czujnika. Służy do pomiaru błędów konstrukcyjnych spowodowanych przez czujniki. Różnica między wartością oczekiwaną a wartością mierzoną czujnika jest nazywana błędem strukturalnym.
Zasada działania
Kalibracja czujnika pomaga w poprawie wydajności i dokładności czujników. Istnieją dwa dobrze znane procesy, w których kalibracja czujników jest wykonywana przez przemysł. W przypadku pierwszej metody firmy dodają wewnętrzny proces kalibracji do swojej jednostki produkcyjnej w celu wykonania indywidualnej kalibracji czujników. Tutaj firma dodaje również do swojego projektu niezbędny sprzęt do korekcji wyjścia czujnika. Dzięki temu procesowi można zmienić kalibrację czujnika, aby dopasować ją do wymagań specyficznych dla aplikacji. Ale ten proces wydłuża czas wprowadzenia na rynek.
Jako alternatywę dla tego wewnętrznego procesu kalibracji, kilka firm produkcyjnych dostarcza pakiety czujników wysokiej jakości klasy motoryzacyjnej Czujnik MEMS wraz z pełną kalibracją na poziomie systemu. W tym procesie firmy wykorzystują wbudowane obwody cyfrowe i oprogramowanie, które mają pomóc projektantom w poprawianiu funkcjonalności i wydajności czujników. Aby skrócić czas projektowania produktu i liczbę komponentów, dołączono obwody cyfrowe, takie jak regulacja napięcia i techniki filtrowania sygnału analogowego. Aby poprawić ogólną wydajność i funkcjonalność, wbudowany procesor jest wyposażony w zaawansowane algorytmy łączenia czujników. Niektóre z zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnału na płycie również pomagają skrócić czas produkcji, umożliwiając szybsze wprowadzenie na rynek.
Standardowa metoda referencyjna
Tutaj wyjście czujnika jest porównywane ze standardowym fizycznym odniesieniem, aby poznać błąd w niektórych czujnikach. Przykłady kalibracji czujnika to linijki i pręty mierników, Dla czujników temperatury - Wrząca woda w 100C, Potrójny punkt wody, Dla Akcelerometrów - „Grawitacja jest stała 1G na powierzchni ziemi”.
Metody kalibracji
Istnieją trzy standardowe metody kalibracji czujników. Oni są-
- Kalibracja jednopunktowa.
- Kalibracja dwupunktowa.
- Dopasowanie krzywej wielopunktowej.
Zanim poznamy te metody, musimy poznać pojęcie krzywej charakterystycznej. Każdy czujnik ma charakterystykę, która przedstawia reakcję czujnika na zadaną wartość wejściową. W procesie kalibracji ta charakterystyka czujnika jest porównywana z jego idealną liniową odpowiedzią.
Niektóre terminy używane w odniesieniu do krzywej charakterystycznej to:
- Przesunięcie - ta wartość mówi nam, czy sygnał wyjściowy czujnika jest wyższy, czy niższy niż idealna odpowiedź liniowa.
- Czułość lub nachylenie - podaje szybkość zmiany sygnału wyjściowego czujnika. Różnica w nachyleniu wskazuje, że sygnał wyjściowy czujnika zmienia się z inną szybkością niż idealna odpowiedź.
- Liniowość - nie wszystkie czujniki mają liniową charakterystykę w danym zakresie pomiarowym.
Kalibracja jednopunktowa służy do korygowania błędów przesunięcia czujnika, gdy wymagany jest dokładny pomiar tylko jednego poziomu, a czujnik jest liniowy. Czujniki temperatury są zwykle kalibrowane w jednym punkcie.
Kalibracja jednopunktowa
Kalibracja dwupunktowa służy do korygowania błędów nachylenia i przesunięcia. Kalibracja ta jest stosowana w przypadkach, gdy czujnik wiemy, że sygnał wyjściowy czujnika jest w miarę liniowy w zakresie pomiarowym. Tutaj potrzebne są dwie wartości odniesienia - odniesienie wysokie, odniesienie niskie.
Kalibracja dwupunktowa
Wielopunktowe dopasowanie krzywej jest używane w przypadku czujników, które nie są liniowe w zakresie pomiarowym i wymagają pewnego dopasowania krzywej, aby uzyskać dokładne pomiary. Wielopunktowe dopasowanie krzywej jest zwykle wykonywane dla termopar, gdy są używane w bardzo gorących lub bardzo zimnych warunkach.
Dla całego powyższego procesu kalibracji, krzywe charakterystyczne czujników są rysowane i porównywane z liniową odpowiedzią i znany jest błąd.
Zastosowania kalibracji czujnika
Kalibrację czujnika w prostych słowach można zdefiniować jako porównanie między wymaganą mocą wyjściową a zmierzoną mocą. Te błędy mogą mieć różne przyczyny. Niektóre z błędów widocznych w czujnikach to błędy spowodowane niewłaściwym odniesieniem zerowym, błędami spowodowanymi przesunięciem zakresu czujnika, błędami wynikającymi z uszkodzeń mechanicznych itp. Kalibracja nie jest podobna do regulacji.
Proces kalibracji obejmuje umieszczenie urządzenia DUT - „Urządzenie w trakcie testu” w konfiguracjach, w których znane są inercyjne bodźce wejściowe czujnika, co pomaga nam określić rzeczywiste błędy w pomiarach.
Proces kalibracji pomaga nam określić następujące wyniki:
- Nie odnotowano błędu na testowanym urządzeniu.
- Zanotowano błąd i nie dokonano żadnej regulacji.
- Dokonuje się korekty w celu usunięcia błędu, a błąd jest korygowany do żądanego poziomu.
Do kalibracji czujnika używane są modele czujników. Kalibracja czujnika jest stosowana w systemach sterowania w celu monitorowania i dostosowania procesów sterowania. Systemy automatyczne stosują również kalibrację czujnika, aby uzyskać wyniki bezbłędne.
Korzystanie z kalibracji czujnika
Proces kalibracji służy do zwiększenia wydajności i funkcjonalności systemu. Pomaga w redukcji błędów w systemie. Skalibrowany czujnik zapewnia dokładne wyniki i może być używany jako odczyt odniesienia do porównania.
Wraz z rozwojem technologii wbudowanej i niewielkimi rozmiarami czujników, wiele czujników jest zintegrowanych w jednym chipie. Niewykryte błędy w jednym czujniku mogą spowodować degradację całego systemu. Ważne jest, aby skalibrować czujnik aby uzyskać dokładną wydajność zautomatyzowanych systemów. Jakie są standardowe referencje używane do kalibracji czujniki temperatury ?
