Χρησιμοποιούμε διαφορετικά συστήματα και τύπους εξοπλισμού για τη μέτρηση διαφόρων φυσικών ποσοτήτων. Η ακρίβεια της μέτρησης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για μετρήσεις μπορεί να χάσει την ακρίβειά του όταν χρησιμοποιείται σε υψηλότερες θερμοκρασίες, συνθήκες υγρασίας ή υγρασίας, υποβάθμισης, υποβολής σε εξωτερικούς κραδασμούς κ.λπ.… Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί ως το σφάλμα στη μέτρηση. Για την αντιμετώπιση αυτού του σφάλματος και για την πραγματοποίηση των απαραίτητων αλλαγών στις μεθόδους βαθμονόμησης του εξοπλισμού χρησιμοποιούνται. Σήμερα οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την πραγματοποίηση διαφόρων μετρήσεων. Υπάρχουν αισθητήρες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, του χρώματος, της υγρασίας κ.λπ.… Η βαθμονόμηση του αισθητήρα παίζει καθοριστικό ρόλο στην εξάλειψη των σφαλμάτων στις μετρήσεις του αισθητήρα.
Τι είναι η βαθμονόμηση αισθητήρα;
Οι αισθητήρες είναι ηλεκτρονικές συσκευές. Είναι ευαίσθητοι στις αλλαγές στο εργασιακό τους περιβάλλον. Οι ανεπιθύμητες και ξαφνικές αλλαγές στα περιβάλλοντα εργασίας των αισθητήρων παρέχουν ανεπιθύμητες τιμές εξόδου. Έτσι, η αναμενόμενη έξοδος διαφέρει από τη μετρούμενη έξοδο. Αυτή η σύγκριση μεταξύ της αναμενόμενης εξόδου και της μετρούμενης εξόδου ονομάζεται Sensor Calibration.
Η βαθμονόμηση του αισθητήρα παίζει καθοριστικό ρόλο στην αύξηση της απόδοσης του αισθητήρα. Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των δομικών σφαλμάτων που προκαλούνται από αισθητήρες. Η διαφορά μεταξύ της αναμενόμενης τιμής και της μετρούμενης τιμής του αισθητήρα είναι γνωστή ως Structural Error.
Αρχή λειτουργίας
Η βαθμονόμηση αισθητήρα συμβάλλει στη βελτίωση της απόδοσης και της ακρίβειας των αισθητήρων. Υπάρχουν δύο γνωστές διαδικασίες στις οποίες η βαθμονόμηση των αισθητήρων γίνεται από τις βιομηχανίες. Στην πρώτη μέθοδο, οι εταιρείες προσθέτουν μια εσωτερική διαδικασία βαθμονόμησης στη μονάδα παραγωγής τους για να πραγματοποιήσουν ατομική βαθμονόμηση των αισθητήρων. Εδώ η εταιρεία προσθέτει επίσης απαραίτητο υλικό στο σχεδιασμό τους για διόρθωση εξόδου αισθητήρα. Με αυτήν τη διαδικασία, η βαθμονόμηση του αισθητήρα μπορεί να αλλάξει ώστε να ταιριάζει με τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής. Αλλά αυτή η διαδικασία αυξάνει το χρόνο στην αγορά.
Η εναλλακτική λύση αυτής της εσωτερικής διαδικασίας βαθμονόμησης, αρκετές κατασκευαστικές εταιρείες παρέχουν πακέτα αισθητήρων υψηλής ποιότητας αυτοκινήτου Αισθητήρας MEMS μαζί με πλήρη βαθμονόμηση σε επίπεδο συστήματος. Σε αυτήν τη διαδικασία, οι εταιρείες περιλαμβάνουν ένα ενσωματωμένο ψηφιακό κύκλωμα και λογισμικό για να βοηθήσουν τους σχεδιαστές να βελτιώσουν τη λειτουργικότητα και την απόδοση των αισθητήρων. Για να μειωθεί ο χρόνος σχεδίασης του προϊόντος και ο αριθμός εξαρτημάτων, περιλαμβάνονται ψηφιακά κυκλώματα όπως ρύθμιση τάσης και τεχνικές αναλογικού σήματος. Για τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης και λειτουργικότητας, ο ενσωματωμένος επεξεργαστής διαθέτει εξελιγμένους αλγόριθμους σύντηξης αισθητήρων. Μερικοί από τους εξελιγμένους αλγόριθμους επεξεργασίας σήματος ενσωματώνονται επίσης στη μείωση του χρόνου παραγωγής επιτρέποντας τον ταχύτερο χρόνο στην αγορά.
Πρότυπη μέθοδος αναφοράς
Εδώ η έξοδος του αισθητήρα συγκρίνεται με μια τυπική φυσική αναφορά για να γνωρίζουμε το σφάλμα σε ορισμένους αισθητήρες. Παραδείγματα βαθμονόμησης αισθητήρα είναι χάρακες και μετρητές, Για αισθητήρες θερμοκρασίας- Βραστό νερό στους 100C, Τριπλό σημείο νερού, Για Επιταχυνσιόμετρα- «η βαρύτητα είναι σταθερή 1G στην επιφάνεια της γης».
Μέθοδοι βαθμονόμησης
Υπάρχουν τρεις τυπικές μέθοδοι βαθμονόμησης που χρησιμοποιούνται για αισθητήρες. Αυτοί είναι-
- Βαθμονόμηση ενός σημείου.
- Βαθμονόμηση δύο σημείων.
- Συναρμολόγηση πολλαπλών σημείων.
Πριν μάθουμε αυτές τις μεθόδους πρέπει να γνωρίζουμε την έννοια της χαρακτηριστικής καμπύλης. Κάθε αισθητήρας έχει μια χαρακτηριστική καμπύλη που δείχνει την απόκριση του αισθητήρα στη δεδομένη τιμή εισόδου. Στη διαδικασία βαθμονόμησης, αυτή η χαρακτηριστική καμπύλη του αισθητήρα συγκρίνεται με την ιδανική γραμμική απόκρισή του.
Μερικοί από τους όρους που χρησιμοποιούνται με τη χαρακτηριστική καμπύλη είναι-
- Offset - Αυτή η τιμή μας λέει αν η έξοδος του αισθητήρα είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από την ιδανική γραμμική απόκριση.
- Ευαισθησία ή κλίση - Αυτό δίνει το ρυθμό αλλαγής της εξόδου του αισθητήρα. Μια διαφορά στην κλίση δείχνει ότι η έξοδος του αισθητήρα αλλάζει με διαφορετικό ρυθμό από την ιδανική απόκριση.
- Γραμμικότητα - Δεν έχουν όλοι οι αισθητήρες μια γραμμική χαρακτηριστική καμπύλη στο δεδομένο εύρος μέτρησης.
Η βαθμονόμηση ενός σημείου χρησιμοποιείται για τη διόρθωση των σφαλμάτων μετατόπισης του αισθητήρα όταν απαιτείται ακριβής μέτρηση μόνο ενός επιπέδου και ο αισθητήρας είναι γραμμικός. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας συνήθως βαθμονομούνται σε ένα σημείο.
Βαθμονόμηση ενός σημείου
Η βαθμονόμηση δύο σημείων χρησιμοποιείται για τη διόρθωση σφαλμάτων κλίσης και εκτός θέσης. Αυτή η βαθμονόμηση χρησιμοποιείται στις περιπτώσεις όπου ο αισθητήρας γνωρίζουμε ότι η έξοδος του αισθητήρα είναι λογικά γραμμική σε ένα εύρος μέτρησης. Εδώ απαιτούνται δύο τιμές αναφοράς - αναφορά Υψηλή, χαμηλή αναφοράς.
Βαθμονόμηση δύο σημείων
Η εφαρμογή πολλαπλών σημείων καμπύλης χρησιμοποιείται για αισθητήρες που δεν είναι γραμμικοί στο εύρος μέτρησης και απαιτούν κάποια προσαρμογή καμπύλης για να λάβουν τις ακριβείς μετρήσεις. Η τοποθέτηση καμπύλης πολλαπλών σημείων γίνεται συνήθως για θερμοστοιχεία όταν χρησιμοποιείται σε εξαιρετικά ζεστές ή εξαιρετικά κρύες συνθήκες.
Για όλη την παραπάνω διαδικασία βαθμονόμησης, είναι γνωστές οι χαρακτηριστικές καμπύλες των αισθητήρων και συγκρίνονται με τη γραμμική απόκριση και το σφάλμα.
Εφαρμογές βαθμονόμησης αισθητήρα
Η βαθμονόμηση αισθητήρα με απλούς όρους μπορεί να οριστεί ως η σύγκριση μεταξύ της επιθυμητής εξόδου και της μετρούμενης εξόδου. Αυτά τα σφάλματα μπορεί να προκληθούν από διάφορους λόγους. Μερικά από τα σφάλματα που εμφανίζονται στους αισθητήρες είναι σφάλματα λόγω ακατάλληλης μηδενικής αναφοράς, σφάλματα λόγω μετατόπισης στο εύρος αισθητήρων, σφάλμα λόγω μηχανικής βλάβης κ.λπ.… Η βαθμονόμηση δεν είναι παρόμοια με τη ρύθμιση.
Η διαδικασία βαθμονόμησης περιλαμβάνει την τοποθέτηση του DUT-«Συσκευή υπό δοκιμή» σε διαμορφώσεις των οποίων τα αδρανειακά ερεθίσματα εισόδου για τον αισθητήρα είναι γνωστά, κάτι που μας βοηθά να προσδιορίσουμε τα πραγματικά σφάλματα στις μετρήσεις.
Η διαδικασία βαθμονόμησης μας βοηθά να προσδιορίσουμε τα ακόλουθα αποτελέσματα-
- Δεν σημειώθηκε σφάλμα στο DUT.
- Σημειώνεται σφάλμα και δεν γίνεται προσαρμογή.
- Γίνεται προσαρμογή για την αφαίρεση του σφάλματος και το σφάλμα διορθώνεται στο επιθυμητό επίπεδο.
Για αισθητήρες βαθμονόμησης αισθητήρων χρησιμοποιούνται μοντέλα αισθητήρων. Η βαθμονόμηση αισθητήρα εφαρμόζεται στα συστήματα ελέγχου για παρακολούθηση και ρύθμιση των διαδικασιών ελέγχου. Τα αυτόματα συστήματα εφαρμόζουν επίσης βαθμονόμηση αισθητήρα te για να λάβουν αποτελέσματα χωρίς σφάλματα.
Χρήση βαθμονόμησης αισθητήρα
Η διαδικασία βαθμονόμησης χρησιμοποιείται για την αύξηση της απόδοσης και της λειτουργικότητας του συστήματος. Βοηθά στη μείωση των σφαλμάτων στο σύστημα. Ένας βαθμονομημένος αισθητήρας παρέχει ακριβή αποτελέσματα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένδειξη αναφοράς για σύγκριση.
Με την αύξηση της ενσωματωμένης τεχνολογίας και το χαμηλό μέγεθος αισθητήρων, πολλοί αισθητήρες ενσωματώνονται σε ένα μόνο τσιπ. Μη εντοπισμένα σφάλματα σε έναν αισθητήρα μπορεί να προκαλέσουν υποβάθμιση ολόκληρου του συστήματος. Είναι σημαντικό να βαθμονομήσετε το αισθητήρας για να έχετε την ακριβή απόδοση των αυτοματοποιημένων συστημάτων. Ποιες είναι οι τυπικές αναφορές που χρησιμοποιούνται για τη βαθμονόμηση του αισθητήρες θερμοκρασίας ;
