Wir verwenden verschiedene Systeme und Gerätetypen zur Messung verschiedener physikalischer Größen. Die Genauigkeit der Messung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die für Messungen verwendeten Geräte können ihre Präzision verlieren, wenn sie bei höheren Temperaturen, hohen Feuchtigkeits- oder Feuchtigkeitsbedingungen, Verschlechterung, externen Stößen usw. verwendet werden. Dies kann als Fehler bei der Messung beobachtet werden. Um diesen Fehler zu beheben und notwendige Änderungen an den Geräte vorzunehmen, werden Kalibrierungsmethoden verwendet. Heute werden Sensoren für verschiedene Messungen verwendet. Es gibt Sensoren zur Messung von Temperatur, Farbe, Luftfeuchtigkeit usw. Die Sensorkalibrierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Beseitigung von Fehlern bei Sensormessungen.
Was ist Sensorkalibrierung?
Sensoren sind elektronische Geräte. Sie reagieren empfindlich auf Änderungen in ihrem Arbeitsumfeld. Unerwünschte und plötzliche Änderungen in der Arbeitsumgebung der Sensoren führen zu unerwünschten Ausgangswerten. Somit unterscheidet sich die erwartete Leistung von der gemessenen Leistung. Dieser Vergleich zwischen der erwarteten und der gemessenen Leistung wird als Sensorkalibrierung bezeichnet.
Die Sensorkalibrierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Steigerung der Leistung des Sensors. Es wird verwendet, um die durch Sensoren verursachten Strukturfehler zu messen. Die Differenz zwischen dem erwarteten Wert und dem gemessenen Wert des Sensors wird als Strukturfehler bezeichnet.
Arbeitsprinzip
Die Sensorkalibrierung hilft bei der Verbesserung der Leistung und Genauigkeit der Sensoren. Es gibt zwei bekannte Verfahren, bei denen die Sensorkalibrierung von der Industrie durchgeführt wird. Bei der ersten Methode fügen Unternehmen ihrer Fertigungseinheit einen internen Kalibrierungsprozess hinzu, um eine individuelle Kalibrierung der Sensoren durchzuführen. Hier erweitert das Unternehmen sein Design um die notwendige Hardware für die Korrektur der Sensorausgabe. Durch diesen Vorgang kann die Sensorkalibrierung an die anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst werden. Dieser Prozess verlängert jedoch die Markteinführungszeit.
Als Alternative zu diesem internen Kalibrierungsverfahren bieten mehrere Hersteller Sensorpakete in hochwertiger Automobilqualität an MEMS-Sensor zusammen mit der vollständigen Kalibrierung auf Systemebene. In diesen Prozess integrieren die Unternehmen eine integrierte digitale Schaltung und Software, um Designern dabei zu helfen, die Funktionalität und Leistung der Sensoren zu verbessern. Um die Produktentwurfszeit und die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, sind digitale Schaltungen wie Spannungsregelung und analoge Signalfiltertechniken enthalten. Um die Gesamtleistung und Funktionalität zu verbessern, ist der integrierte Prozessor mit ausgeklügelten Sensorfusionsalgorithmen ausgestattet. Einige der ausgeklügelten integrierten Signalverarbeitungsalgorithmen tragen auch zur Verkürzung der Fertigungszeit bei und ermöglichen eine schnellere Markteinführung.
Standardreferenzmethode
Hier wird die Sensorausgabe mit einer physischen Standardreferenz verglichen, um den Fehler bei einigen Sensoren zu erkennen. Beispiele für die Sensorkalibrierung sind Lineale und Messstäbe, für Temperatursensoren - kochendes Wasser bei 100 ° C, dreifacher Wasserpunkt, für Beschleunigungsmesser - „die Schwerkraft ist konstant 1 G auf der Erdoberfläche“.
Kalibrierungsmethoden
Es gibt drei Standardkalibrierungsmethoden für Sensoren. Sie sind-
- Einpunktkalibrierung.
- Zweipunktkalibrierung.
- Mehrpunkt-Kurvenanpassung.
Bevor wir diese Methoden kennen, müssen wir das Konzept der charakteristischen Kurve kennen. Jeder Sensor hat eine Kennlinie, die die Reaktion des Senors auf den angegebenen Eingabewert zeigt. Bei der Kalibrierung wird diese Kennlinie des Sensors mit seiner idealen linearen Reaktion verglichen.
Einige der mit der Kennlinie verwendeten Begriffe sind:
- Offset - Dieser Wert gibt an, ob der Sensorausgang höher oder niedriger als die ideale lineare Antwort ist.
- Empfindlichkeit oder Steigung - Dies gibt die Änderungsrate der Sensorausgabe an. Ein Unterschied in der Steigung zeigt, dass sich der Sensorausgang mit einer anderen Geschwindigkeit ändert als die ideale Reaktion.
- Linearität - Nicht alle Sensoren haben über den angegebenen Messbereich eine lineare Kennlinie.
Eine Punktkalibrierung wird verwendet, um die Sensorversatzfehler zu korrigieren, wenn eine genaue Messung nur eines einzelnen Pegels erforderlich ist und der Sensor linear ist. Temperatursensoren sind normalerweise einpunktkalibriert.
Einpunktkalibrierung
Die Zweipunktkalibrierung wird verwendet, um sowohl Steigungs- als auch Versatzfehler zu korrigieren. Diese Kalibrierung wird in den Fällen verwendet, in denen der Sensor weiß, dass der Sensorausgang über einen Messbereich einigermaßen linear ist. Hier werden zwei Referenzwerte benötigt - Referenz hoch, Referenz niedrig.
Zweipunktkalibrierung
Die Mehrpunkt-Kurvenanpassung wird für Sensoren verwendet, die über den Messbereich nicht linear sind und eine Kurvenanpassung erfordern, um die genauen Messungen zu erhalten. Die Mehrpunktkurvenanpassung erfolgt normalerweise für Thermoelemente, wenn diese unter extrem heißen oder extrem kalten Bedingungen verwendet werden.
Für alle oben genannten Kalibrierungsprozesse werden die Kennlinien der Sensoren gezeichnet und mit der linearen Reaktion verglichen, und der Fehler ist bekannt.
Anwendungen der Sensorkalibrierung
Die Sensorkalibrierung kann in einfachen Worten als Vergleich zwischen dem gewünschten Ausgang und dem gemessenen Ausgang definiert werden. Diese Fehler können verschiedene Gründe haben. Einige der Fehler, die bei Sensoren auftreten, sind Fehler aufgrund einer falschen Nullreferenz, Fehler aufgrund von Verschiebungen im Sensorbereich, Fehler aufgrund mechanischer Schäden usw. Die Kalibrierung ähnelt nicht der Einstellung.
Der Kalibrierungsprozess umfasst das Platzieren des Prüflings „Testgerät“ in Konfigurationen, deren Trägheitseingangsstimuli für den Sensor bekannt sind, wodurch wir die tatsächlichen Fehler bei den Messungen ermitteln können.
Der Kalibrierungsprozess hilft uns, die folgenden Ergebnisse zu ermitteln:
- Auf dem Prüfling wurde kein Fehler festgestellt.
- Es wird ein Fehler festgestellt und keine Einstellung vorgenommen.
- Eine Einstellung wird vorgenommen, um den Fehler zu beseitigen, und der Fehler wird auf das gewünschte Niveau korrigiert.
Für die Sensorkalibrierung werden Sensormodelle verwendet. Die Sensorkalibrierung wird in Steuerungssystemen angewendet, um die Steuerungsprozesse zu überwachen und anzupassen. Automatische Systeme wenden auch die Sensorkalibrierung an, um fehlerfreie Ergebnisse zu erhalten.
Verwendung der Sensorkalibrierung
Der Kalibrierungsprozess wird verwendet, um die Leistung und Funktionalität des Systems zu erhöhen. Es hilft bei der Reduzierung von Fehlern im System. Ein kalibrierter Sensor liefert genaue Ergebnisse und kann als Referenzwert zum Vergleich verwendet werden.
Mit der Zunahme der eingebetteten Technologie und der geringen Größe der Sensoren werden viele Sensoren über einen einzigen Chip integriert. Nicht erkannte Fehler in einem Sensor können zu einer Verschlechterung des gesamten Systems führen. Es ist wichtig, die zu kalibrieren Sensor um die genaue Leistung der automatisierten Systeme zu erhalten. Was sind die Standardreferenzen für die Kalibrierung der Temperatursensoren ?
