Che cos'è la calibrazione del sensore: definizione e applicazione

Che cos'è la calibrazione del sensore: definizione e applicazione

Utilizziamo diversi sistemi e tipi di apparecchiature per misurare varie grandezze fisiche. La precisione della misurazione dipende da vari fattori. Le apparecchiature utilizzate per le misurazioni possono perdere la loro precisione se utilizzate a temperature più elevate, condizioni di elevata umidità o umidità, sottoposte a degrado, sottoposte a urti esterni, ecc ... Questo può essere osservato come l'errore nella misurazione. Per affrontare questo errore e apportare le modifiche necessarie alle apparecchiature vengono utilizzati metodi di calibrazione. Oggi i sensori vengono utilizzati per effettuare varie misurazioni. Esistono sensori per misurare la temperatura, il colore, l'umidità, ecc. La calibrazione del sensore gioca un ruolo cruciale nella rimozione degli errori nelle misurazioni dei sensori.



Cos'è la calibrazione del sensore?

I sensori sono dispositivi elettronici. Sono sensibili ai cambiamenti nel loro ambiente di lavoro. Cambiamenti indesiderati e improvvisi negli ambienti di lavoro dei sensori danno valori di uscita indesiderati. Pertanto, l'uscita attesa differisce dall'uscita misurata. Questo confronto tra l'uscita attesa e l'uscita misurata è chiamato calibrazione del sensore.


La calibrazione del sensore gioca un ruolo cruciale nell'aumentare le prestazioni del sensore. Viene utilizzato per misurare gli errori strutturali causati dai sensori. La differenza tra il valore atteso e il valore misurato del sensore è nota come errore strutturale.





Principio di funzionamento

La calibrazione del sensore aiuta a migliorare le prestazioni e la precisione dei sensori. Esistono due processi ben noti in cui la calibrazione del sensore viene eseguita dalle industrie. Nel primo metodo le aziende aggiungono un processo di calibrazione interno alla loro unità di produzione per eseguire la calibrazione individuale dei sensori. Qui l'azienda aggiunge anche l'hardware necessario al proprio progetto per la correzione dell'uscita del sensore. Con questo processo, la calibrazione del sensore può essere modificata per soddisfare i requisiti specifici dell'applicazione. Ma questo processo aumenta il time to market.

L'alternativa di questo processo di calibrazione interno, diverse aziende manifatturiere forniscono pacchetti di sensori con un grado automobilistico di alta qualità Sensore MEMS insieme alla completa calibrazione a livello di sistema. In questo processo, le aziende includono un circuito digitale integrato e un software per aiutare i progettisti a migliorare la funzionalità e le prestazioni dei sensori. Per ridurre il tempo di progettazione del prodotto e il numero di componenti, sono inclusi circuiti digitali come la regolazione della tensione e le tecniche di filtraggio del segnale analogico. Per migliorare le prestazioni e le funzionalità complessive, il processore di bordo è dotato di sofisticati algoritmi di fusione dei sensori. Alcuni dei sofisticati algoritmi di elaborazione del segnale integrati aiutano anche a ridurre i tempi di produzione consentendo un time to market più rapido.



Metodo di riferimento standard


Qui l'uscita del sensore viene confrontata con un riferimento fisico standard per conoscere l'errore in alcuni sensori. Esempi di calibrazione del sensore sono righelli e misuratori, per sensori di temperatura - acqua bollente a 100 ° C, punto triplo dell'acqua, per accelerometri - 'la gravità è 1G costante sulla superficie della terra'.

Metodi di calibrazione

Esistono tre metodi di calibrazione standard utilizzati per i sensori. Sono-

  • Calibrazione a un punto.
  • Calibrazione a due punti.
  • Raccordo curva multipunto.

Prima di conoscere questi metodi dobbiamo conoscere il concetto di curva caratteristica. Ogni sensore ha una curva caratteristica che mostra la risposta del sensore al valore di ingresso dato. Nel processo di calibrazione, questa curva caratteristica del sensore viene confrontata con la sua risposta lineare ideale.

Alcuni dei termini utilizzati con la curva caratteristica sono-

  • Offset: questo valore ci dice se l'uscita del sensore è superiore o inferiore alla risposta lineare ideale.
  • Sensibilità o pendenza: fornisce la velocità di variazione dell'uscita del sensore. Una differenza di pendenza mostra che l'uscita del sensore cambia a una velocità diversa dalla risposta ideale.
  • Linearità - Non tutti i sensori hanno una curva caratteristica lineare su un dato intervallo di misurazione.

La calibrazione a un punto viene utilizzata per correggere gli errori di offset del sensore quando è richiesta una misurazione accurata di un solo livello e il sensore è lineare. I sensori di temperatura sono generalmente calibrati su un punto.

Calibrazione a un punto

Calibrazione a un punto

La calibrazione a due punti viene utilizzata per correggere sia gli errori di pendenza che quelli di offset. Questa calibrazione viene utilizzata nei casi in cui il sensore sappiamo che l'uscita del sensore è ragionevolmente lineare su un intervallo di misurazione. Qui sono necessari due valori di riferimento: riferimento alto, riferimento basso.

Calibrazione a due punti

Calibrazione a due punti

L'adattamento della curva multipunto viene utilizzato per sensori che non sono lineari nell'intervallo di misurazione e richiedono un adattamento della curva per ottenere misurazioni accurate. Il raccordo della curva multipunto viene solitamente eseguito per le termocoppie se utilizzate in condizioni estremamente calde o estremamente fredde.

Per tutto il processo di calibrazione di cui sopra, le curve caratteristiche dei sensori vengono disegnate e confrontate con la risposta lineare e l'errore è noto.

Applicazioni della calibrazione del sensore

La calibrazione del sensore in termini semplici può essere definita come il confronto tra l'uscita desiderata e l'uscita misurata. Questi errori possono essere causati da vari motivi. Alcuni degli errori riscontrati nei sensori sono errori dovuti a un riferimento zero improprio, errori dovuti allo spostamento nel campo del sensore, errori dovuti a danni meccanici, ecc ... La calibrazione non è simile alla regolazione.

Il processo di calibrazione include il posizionamento del DUT-'Dispositivo in prova' in configurazioni i cui stimoli di input inerziali per il sensore sono noti, il che ci aiuta a determinare gli errori effettivi nelle misurazioni.

Il processo di calibrazione ci aiuta a determinare i seguenti risultati:

  • Nessun errore rilevato sul DUT.
  • Viene rilevato un errore e non viene eseguita alcuna regolazione.
  • Viene eseguita una regolazione per rimuovere l'errore e l'errore viene corretto al livello desiderato.

Per la calibrazione del sensore vengono utilizzati modelli di sensore. La calibrazione del sensore viene applicata nei sistemi di controllo per monitorare e regolare i processi di controllo. I sistemi automatici applicano anche la calibrazione del sensore per ottenere risultati privi di errori.

Uso della calibrazione del sensore

Il processo di calibrazione viene utilizzato per aumentare le prestazioni e la funzionalità del sistema. Aiuta a ridurre gli errori nel sistema. Un sensore calibrato fornisce risultati accurati e può essere utilizzato come lettura di riferimento per il confronto.

Con l'aumento della tecnologia embedded e le dimensioni ridotte dei sensori, molti sensori sono integrati su un singolo chip. Errori non rilevati in un sensore possono causare il degrado dell'intero sistema. È importante calibrare il file sensore per ottenere le prestazioni accurate dei sistemi automatizzati. Quali sono i riferimenti standard utilizzati per la calibrazione del sensori di temperatura ?