O que é calibração do sensor - definição e sua aplicação

Usamos diferentes sistemas e tipos de equipamentos para medir várias quantidades físicas. A precisão da medição depende de vários fatores. O equipamento utilizado para medições pode perder sua precisão quando utilizado em altas temperaturas, alta umidade ou condições de umidade, sujeito a degradação, sujeito a choques externos, etc ... Isso pode ser observado como o erro na medição. Para resolver esse erro e fazer as alterações necessárias, os métodos de calibração do equipamento são usados. Hoje, os sensores estão sendo usados ​​para fazer várias medições. Existem sensores para medir temperatura, cor, umidade, etc ... A calibração do sensor desempenha um papel crucial na remoção de erros nas medições do sensor.

O que é calibração do sensor?

Sensores são dispositivos eletrônicos. Eles são sensíveis às mudanças em seu ambiente de trabalho. Mudanças indesejáveis ​​e repentinas nos ambientes de trabalho dos sensores fornecem valores de saída indesejados. Portanto, a saída esperada difere da saída medida. Essa comparação entre a saída esperada e a saída medida é chamada de calibração do sensor.

A calibração do sensor desempenha um papel crucial no aumento do desempenho do sensor. É usado para medir os erros estruturais causados ​​por sensores. A diferença entre o valor esperado e o valor medido do sensor é conhecida como Erro Estrutural.

Princípio de funcionamento

A calibração do sensor ajuda a melhorar o desempenho e a precisão dos sensores. Existem dois processos bem conhecidos nos quais a calibração do sensor é feita por indústrias. No primeiro método, as empresas adicionam um processo de calibração interno à sua unidade de manufatura para realizar a calibração individual dos sensores. Aqui, a empresa também adiciona o hardware necessário ao seu projeto para correção de saída do sensor. Por meio desse processo, a calibração do sensor pode ser alterada para atender aos requisitos específicos da aplicação. Mas esse processo aumenta o tempo de lançamento no mercado.

A alternativa desse processo de calibração interna, várias empresas de manufatura fornecem pacotes de sensores com um sensor MEMS de grau automotivo de alta qualidade junto com calibração completa em nível de sistema. Nesse processo, as empresas incluem um circuito digital integrado e software para ajudar os projetistas a melhorar a funcionalidade e o desempenho dos sensores. Para reduzir o tempo de design do produto e a contagem de componentes, são incluídos circuitos digitais, como regulação de tensão e técnicas de filtragem de sinal analógico. Para melhorar o desempenho geral e a funcionalidade, o processador integrado é fornecido com sofisticados algoritmos de fusão de sensores. Alguns dos sofisticados algoritmos de processamento de sinal onboard também ajudam a reduzir o tempo de fabricação, permitindo um tempo de lançamento mais rápido no mercado.

Método de referência padrão

Aqui, a saída do sensor é comparada com uma referência física padrão para saber o erro em alguns sensores. Exemplos de calibração de sensor são réguas e varetas métricas, Para sensores de temperatura - Água fervente a 100 ° C, Ponto triplo da água, Para acelerômetros - ”a gravidade é constante 1G na superfície da terra”.

Métodos de calibração

Existem três métodos de calibração padrão usados ​​para sensores. Eles são-

• Calibração de um ponto.
• Calibração de dois pontos.
• Ajuste de curva multiponto.

Antes de conhecer esses métodos, devemos conhecer o conceito de curva característica. Cada sensor possui uma curva característica que mostra a resposta do sensor ao valor de entrada fornecido. No processo de calibração, esta curva característica do sensor é comparada com sua resposta linear ideal.

Alguns dos termos usados ​​com a curva característica são-

• Offset - Este valor nos diz se a saída do sensor é maior ou menor do que a resposta linear ideal.
• Sensibilidade ou inclinação - fornece a taxa de alteração da saída do sensor. Uma diferença na inclinação mostra que a saída do sensor muda a uma taxa diferente da resposta ideal.
• Linearidade - Nem todos os sensores têm uma curva característica linear ao longo do intervalo de medição fornecido.

A calibração de um ponto é usada para corrigir os erros de deslocamento do sensor quando a medição precisa de apenas um único nível é necessária e o sensor é linear. Os sensores de temperatura são geralmente calibrados em um ponto.

A calibração de dois pontos é usada para corrigir os erros de inclinação e deslocamento. Esta calibração é usada nos casos em que o sensor sabemos que a saída do sensor é razoavelmente linear ao longo de uma faixa de medição. Aqui, dois valores de referência são necessários - referência alta, referência baixa.

O ajuste de curva multiponto é usado para sensores que não são lineares ao longo da faixa de medição e requerem algum ajuste de curva para obter medições precisas. O ajuste da curva multiponto geralmente é feito para termopares quando usados ​​em condições extremamente quentes ou extremamente frias.

Para todo o processo de calibração acima, as curvas características dos sensores são desenhadas e comparadas com a resposta linear e o erro é conhecido.

Aplicativos de calibração do sensor

A calibração do sensor em termos simples pode ser definida como a comparação entre a saída desejada e a saída medida. Esses erros podem ser causados ​​por vários motivos. Alguns dos erros vistos nos sensores são erros devido à referência zero inadequada, erros devido a mudanças na faixa do sensor, erro devido a danos mecânicos, etc ... A calibração não é semelhante ao ajuste.

O processo de calibração inclui colocar o DUT-‘Dispositivo em Teste’ em configurações cujos estímulos de entrada inercial para o sensor são conhecidos, o que nos ajuda a determinar os erros reais nas medições.

O processo de calibração nos ajuda a determinar os seguintes resultados-

• Nenhum erro observado no DUT.
• Um erro foi observado e nenhum ajuste foi feito.
• Um ajuste é feito para remover o erro e o erro é corrigido para o nível desejado.

Para calibração do sensor, modelos de sensores são usados. A calibração do sensor é aplicada em sistemas de controle para monitorar e ajustar os processos de controle. Os sistemas automáticos também aplicam a calibração do sensor para obter resultados sem erros.

Uso da calibração do sensor

O processo de calibração é usado para aumentar o desempenho e a funcionalidade do sistema. Ajuda na redução de erros no sistema. Um sensor calibrado fornece resultados precisos e pode ser usado como uma leitura de referência para comparação.

Com o aumento da tecnologia embarcada e o tamanho reduzido dos sensores, muitos sensores são integrados em um único chip. Erros não detectados em um sensor podem causar a degradação de todo o sistema. É importante calibrar o sensor para obter o desempenho preciso dos sistemas automatizados. Quais são as referências padrão usadas para a calibração dos sensores de temperatura?