Pro měření různých fyzikálních veličin používáme různé systémy a typy zařízení. Přesnost měření závisí na různých faktorech. Zařízení používané k měření může ztratit svou přesnost, pokud je používáno při vyšších teplotách, vysoké vlhkosti nebo vlhkostních podmínkách, vystaveno degradaci, vystaveno vnějším otřesům atd. To lze považovat za chybu v měření. K řešení této chyby a provedení nezbytných změn se používají metody kalibrace zařízení. Dnes se senzory používají k provádění různých měření. Existují senzory pro měření teploty, barvy, vlhkosti atd.… Kalibrace senzoru hraje zásadní roli při odstraňování chyb v měření senzoru.
Co je kalibrace senzoru?
Senzory jsou elektronická zařízení. Jsou citliví na změny ve svém pracovním prostředí. Nežádoucí a náhlé změny v pracovním prostředí senzorů dávají nežádoucí výstupní hodnoty. Očekávaný výstup se tedy liší od naměřeného. Toto srovnání mezi očekávaným výstupem a měřeným výstupem se nazývá kalibrace senzoru.
Kalibrace senzoru hraje zásadní roli při zvyšování výkonu senzoru. Používá se k měření strukturálních chyb způsobených senzory. Rozdíl mezi očekávanou hodnotou a naměřenou hodnotou snímače je známý jako strukturální chyba.
Pracovní princip
Kalibrace senzoru pomáhá zlepšit výkon a přesnost senzorů. Existují dva známé procesy, ve kterých průmyslová odvětví provádí kalibraci senzorů. V první metodě společnosti přidávají do své výrobní jednotky vlastní kalibrační proces, aby provedly individuální kalibraci senzorů. Zde společnost také přidává do svého designu potřebný hardware pro korekci výstupu snímače. Tímto procesem lze změnit kalibraci senzoru tak, aby odpovídala specifickým požadavkům aplikace. Tento proces ale prodlužuje dobu uvedení na trh.
Alternativou tohoto procesu vlastní kalibrace poskytuje několik výrobních společností balíčky senzorů s vysoce kvalitní automobilovou kvalitou Senzor MEMS spolu s kompletní kalibrací na úrovni systému. V tomto procesu společnosti zahrnují integrované digitální obvody a software, které pomáhají návrhářům zlepšit funkčnost a výkon senzorů. Aby se snížila doba návrhu produktu a počet komponent, jsou zahrnuty digitální obvody, jako je regulace napětí a techniky filtrování analogového signálu. Pro zlepšení celkového výkonu a funkčnosti je integrovaný procesor vybaven sofistikovanými algoritmy fúze senzorů. Některé sofistikované integrované algoritmy zpracování signálu také pomáhají snižovat dobu výroby a umožňují rychlejší uvedení na trh.
Standardní referenční metoda
Zde je výstup senzoru porovnáván se standardní fyzickou referencí, aby se zjistila chyba u některých senzorů. Příklady kalibrace senzoru jsou pravítka a měřicí tyčinky, pro teplotní senzory - vroucí voda při 100 ° C, trojitý bod vody, pro akcelerometry - „gravitace je konstantní 1G na povrchu Země“.
Kalibrační metody
Pro senzory se používají tři standardní kalibrační metody. Oni jsou-
- Jednobodová kalibrace.
- Dvoubodová kalibrace.
- Vícebodová křivka.
Než se seznámíme s těmito metodami, musíme znát koncept charakteristické křivky. Každý senzor má charakteristickou křivku, která ukazuje odezvu senzoru na danou vstupní hodnotu. V procesu kalibrace je tato charakteristická křivka senzoru porovnávána s ideální lineární odezvou.
Některé z termínů použitých s charakteristickou křivkou jsou -
- Offset - Tato hodnota nám říká, zda je výstup snímače vyšší nebo nižší než ideální lineární odezva.
- Citlivost nebo sklon - Udává rychlost změny výstupu snímače. Rozdíl ve strmosti ukazuje, že výstup snímače se mění jinou rychlostí, než je ideální odezva.
- Linearita - Ne všechny senzory mají v daném rozsahu měření lineární charakteristiku.
Jednobodová kalibrace se používá k opravě chyb offsetu snímače, když je požadováno přesné měření pouze jedné úrovně a snímač je lineární. Teplotní senzory jsou obvykle kalibrovány v jednom bodě.
Jednobodová kalibrace
Dvoubodová kalibrace se používá ke korekci jak sklonových, tak offsetových chyb. Tato kalibrace se používá v případech, kdy senzor víme, že výstup senzoru je přiměřeně lineární v celém rozsahu měření. Zde jsou potřeba dvě referenční hodnoty - reference High, reference Low.
Dvoubodová kalibrace
Vícebodová křivka se používá pro senzory, které nejsou lineární v celém rozsahu měření a vyžadují určitou křivku pro získání přesných měření. Vícebodová křivka se obvykle používá pro termočlánky, pokud se používají v extrémně horkých nebo extrémně chladných podmínkách.
U všech výše uvedených kalibračních procesů jsou nakresleny charakteristické křivky senzorů a jsou porovnány s lineární odezvou a chybou.
Aplikace kalibrace senzorů
Kalibraci senzoru lze jednoduše definovat jako srovnání mezi požadovaným výstupem a měřeným výstupem. Tyto chyby mohou být způsobeny různými důvody. Některé z chyb zaznamenaných v senzorech jsou chyby způsobené nesprávnou nulovou referencí, chyby způsobené posunem v dosahu snímače, chyba způsobená mechanickým poškozením atd. ... Kalibrace není podobná nastavení.
Proces kalibrace zahrnuje umístění DUT-‚Zařízení pod testem 'do konfigurací, jejichž inerciální vstupní podněty pro senzor jsou známé, což nám pomáhá určit skutečné chyby v měření.
Proces kalibrace nám pomáhá určit následující výsledky -
- Na DUT nebyla zaznamenána žádná chyba.
- Zaznamená se chyba a neprovede se žádná úprava.
- Provede se úprava k odstranění chyby a chyba se opraví na požadovanou úroveň.
Pro kalibraci senzorů se používají modely senzorů. Kalibrace senzoru se v řídicích systémech používá k monitorování a úpravám řídicích procesů. Automatické systémy také používají kalibraci snímače te k získání bezchybných výsledků.
Použití kalibrace senzoru
Proces kalibrace se používá ke zvýšení výkonu a funkčnosti systému. Pomáhá při snižování chyb v systému. Kalibrovaný senzor poskytuje přesné výsledky a lze jej použít jako referenční hodnotu pro srovnání.
S nárůstem zabudované technologie a nízkou velikostí senzorů je mnoho senzorů integrováno do jednoho čipu. Neodhalené chyby v jednom senzoru mohou způsobit degradaci celého systému. Je důležité kalibrovat senzor získat přesný výkon automatizovaných systémů. Jaké jsou standardní reference použité pro kalibraci teplotní senzory ?
