Utilitzem diferents sistemes i tipus d’equips per mesurar diverses magnituds físiques. La precisió de la mesura depèn de diversos factors. Els equips que s’utilitzen per a les mesures poden perdre la seva precisió quan s’utilitzen a temperatures més altes, humitats o condicions d’humitat elevades, sotmesos a degradació, sotmesos a xocs externs, etc ... Això es pot observar com l’error en la mesura. Per fer front a aquest error i fer els canvis necessaris als mètodes de calibratge de l’equip. Avui en dia s’utilitzen sensors per fer diverses mesures. Hi ha sensors per mesurar la temperatura, el color, la humitat, etc. La calibració del sensor juga un paper crucial a l’hora d’eliminar els errors de les mesures del sensor.
Què és la calibració del sensor?
Els sensors són dispositius electrònics. Són sensibles als canvis en el seu entorn de treball. Els canvis sobtats i indesitjables en els entorns de treball dels sensors donen valors de sortida no desitjats. Per tant, la producció esperada difereix de la sortida mesurada. Aquesta comparació entre la sortida esperada i la sortida mesurada s’anomena calibració del sensor.
El calibratge del sensor juga un paper crucial en l’augment del rendiment del sensor. S'utilitza per mesurar els errors estructurals causats pels sensors. La diferència entre el valor esperat i el valor mesurat del sensor es coneix com a error estructural.
Principi de funcionament
El calibratge del sensor ajuda a millorar el rendiment i la precisió dels sensors. Hi ha dos processos ben coneguts en què les indústries fan el calibratge del sensor. En el primer mètode, les empreses afegeixen un procés de calibratge intern a la seva unitat de fabricació per realitzar un calibratge individual dels sensors. Aquí la companyia també afegeix el maquinari necessari al seu disseny per a la correcció de la sortida del sensor. Amb aquest procés, es pot canviar el calibratge del sensor perquè coincideixi amb els requisits específics de l’aplicació. Però aquest procés augmenta el temps de comercialització.
L’alternativa d’aquest procés de calibratge intern, diverses empreses fabricants proporcionen paquets de sensors amb un grau d’automòbil d’alta qualitat Sensor MEMS juntament amb un complet calibratge a nivell del sistema. En aquest procés, les empreses inclouen un circuit digital integrat i un programari per ajudar els dissenyadors a millorar la funcionalitat i el rendiment dels sensors. Per reduir el temps de disseny del producte i el recompte de components, s’inclouen circuits digitals com ara regulació de voltatge i tècniques de filtratge de senyal analògic. Per millorar el rendiment i la funcionalitat generals, el processador incorporat inclou sofisticats algorismes de fusió de sensors. Alguns dels sofisticats algoritmes de processament de senyal incorporats també ajuden a reduir el temps de fabricació permetent un temps de comercialització més ràpid.
Mètode de referència estàndard
Aquí es compara la sortida del sensor amb una referència física estàndard per conèixer l’error d’alguns sensors. Exemples de calibratge del sensor són regles i pals de comptadors, per a sensors de temperatura: bullir aigua a 100 ° C, punt triple d’aigua, per a acceleròmetres, “la gravetat és constant 1G a la superfície de la terra”.
Mètodes de calibració
Hi ha tres mètodes de calibratge estàndard que s’utilitzen per als sensors. Ells són-
- Calibratge d'un punt.
- Calibratge en dos punts.
- Adaptació de la corba de diversos punts.
Abans de conèixer aquests mètodes hem de conèixer el concepte de corba característica. Tots els sensors tenen una corba característica que mostra la resposta del senor al valor d’entrada donat. En el procés de calibratge, aquesta corba característica del sensor es compara amb la seva resposta lineal ideal.
Alguns dels termes utilitzats amb la corba característica són:
- Offset: aquest valor ens indica si la sortida del sensor és superior o inferior a la resposta lineal ideal.
- Sensibilitat o pendent: dóna la velocitat de canvi de la sortida del sensor. Una diferència de pendent mostra que la sortida del sensor canvia a una velocitat diferent de la resposta ideal.
- Linealitat: no tots els sensors tenen una corba característica lineal sobre el rang de mesura donat.
S’utilitza un calibratge d’un punt per corregir els errors de desplaçament del sensor quan només es necessita una mesura precisa d’un sol nivell i el sensor és lineal. Els sensors de temperatura solen calibrar-se en un punt.
Calibració d'un punt
El calibratge en dos punts s’utilitza per corregir tant els errors de pendent com els de compensació. Aquest calibratge s’utilitza en els casos en què el sensor sabem que la sortida del sensor és raonablement lineal en un interval de mesura. Aquí es necessiten dos valors de referència: referència alta, referència baixa.
Calibratge en dos punts
L’ajustament de la corba de diversos punts s’utilitza per als sensors que no són lineals sobre l’interval de mesura i que requereixen un ajustament de la corba per obtenir les mesures precises. L’ajust de la corba de punts múltiples es fa generalment per a termoparells quan s’utilitza en condicions extremadament calentes o extremadament fredes.
Per a tot el procés de calibratge anterior, es dibuixen les corbes característiques dels sensors i es comparen amb la resposta lineal i es coneix l'error.
Aplicacions de la calibració del sensor
La calibració del sensor en termes simples es pot definir com la comparació entre la sortida desitjada i la sortida mesurada. Aquests errors poden ser causats per diversos motius. Alguns dels errors que es veuen als sensors són errors deguts a una referència zero incorrecta, errors deguts al canvi del rang del sensor, error a causa de danys mecànics, etc. La calibració no és similar a l’ajust.
El procés de calibratge inclou la col·locació del DUT-‘Device Under Test ’en configuracions dels quals es coneixen els estímuls d’entrada inercial del sensor, cosa que ens ajuda a determinar els errors reals en les mesures.
El procés de calibratge ens ajuda a determinar els resultats següents:
- No s'ha observat cap error al DUT.
- Es nota un error i no es fa cap ajust.
- Es fa un ajust per eliminar l’error i es corregeix al nivell desitjat.
Per a la calibració del sensor s’utilitzen models de sensors. La calibració del sensor s’aplica als sistemes de control per controlar i ajustar els processos de control. Els sistemes automàtics també apliquen el calibratge del sensor per obtenir resultats sense errors.
Ús de la calibració del sensor
El procés de calibratge s’utilitza per augmentar el rendiment i la funcionalitat del sistema. Ajuda a reduir els errors del sistema. Un sensor calibrat proporciona resultats precisos i es pot utilitzar com a lectura de referència per a la comparació.
Amb l'augment de la tecnologia incrustada i la baixa mida dels sensors, molts sensors s'integren en un sol xip. Els errors no detectats en un sensor poden provocar la degradació de tot el sistema. És important calibrar el sensor per obtenir el rendiment precís dels sistemes automatitzats. Quines són les referències estàndard utilitzades per al calibratge del sensors de temperatura ?
