Was ist Sensorkalibrierung – Definition und Anwendung

Wir verwenden unterschiedliche Systeme und Gerätetypen zur Messung verschiedener physikalischer Größen. Die Genauigkeit der Messung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die für die Messungen verwendeten Geräte können ihre Genauigkeit verlieren, wenn sie bei höheren Temperaturen, hoher Feuchtigkeit oder Feuchtigkeit verwendet werden, Verschleiß ausgesetzt sind, externen Stößen usw. ausgesetzt sind. Dies kann als Fehler bei der Messung beobachtet werden. Um diesen Fehler zu beheben und notwendige Änderungen an den Geräten vorzunehmen, werden Kalibrierungsmethoden verwendet. Heute werden Sensoren für verschiedene Messungen verwendet. Es gibt Sensoren zum Messen von Temperatur, Farbe, Feuchtigkeit usw. Die Sensorkalibrierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Beseitigung von Fehlern bei Sensormessungen.

Was ist Sensorkalibrierung?

Sensoren sind elektronische Geräte. Sie reagieren sensibel auf die Veränderungen in ihrem Arbeitsumfeld. Unerwünschte und plötzliche Änderungen der Arbeitsumgebung der Sensoren führen zu unerwünschten Ausgabewerten. Somit unterscheidet sich die erwartete Ausgabe von der gemessenen Ausgabe. Dieser Vergleich zwischen der erwarteten Ausgabe und der gemessenen Ausgabe wird als Sensorkalibrierung bezeichnet.

Die Sensorkalibrierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Steigerung der Sensorleistung. 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

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 ergänzen Unternehmen ihre Fertigungseinheit um einen hauseigenen Kalibrierprozess, um eine individuelle Kalibrierung der Sensoren durchzuführen. Hier fügt das Unternehmen seinem Design auch die notwendige Hardware für die Korrektur des Sensorausgangs hinzu. Durch diesen Vorgang kann die Sensorkalibrierung den anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst werden. Aber dieser Prozess verlängert die Markteinführungszeit.

Als Alternative zu diesem internen Kalibrierungsprozess bieten mehrere Hersteller Sensorpakete mit einem hochwertigen MEMS-Sensor in Automobilqualität zusammen mit einer vollständigen Kalibrierung auf Systemebene an. In diesen Prozess integrieren die Unternehmen eine digitale Onboard-Schaltung und Software, die den Designern hilft, die Funktionalität und Leistung der Sensoren zu verbessern. Um die Produktentwicklungszeit und die Komponentenanzahl zu reduzieren, sind digitale Schaltungen wie Spannungsregelung und analoge Signalfiltertechniken enthalten. Um die Gesamtleistung und Funktionalität zu verbessern, ist der Onboard-Prozessor mit ausgeklügelten Sensorfusionsalgorithmen ausgestattet. Einige der ausgeklügelten Onboard-Signalverarbeitungsalgorithmen tragen auch dazu bei, die Herstellungszeit zu verkürzen, was eine schnellere Markteinführung ermöglicht.

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 Meterstäbe, Für Temperatursensoren - Kochendes Wasser bei 100 ° C, Tripelpunkt von Wasser, Für Beschleunigungsmesser - "Schwerkraft ist konstant 1G 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 Kennlinie kennen. Jeder Sensor besitzt eine Kennlinie, die die Reaktion des Sensors auf den gegebenen Eingangswert anzeigt. Im Kalibrierprozess wird diese Kennlinie des Sensors mit seinem idealen linearen Verhalten verglichen.

Einige der mit der Kennlinie verwendeten Begriffe sind-

• Offset – Dieser Wert sagt uns, ob die Sensorausgabe höher oder niedriger als die ideale lineare Reaktion ist.
• Empfindlichkeit oder Neigung – Dies gibt die Änderungsrate der Sensorausgabe an. Ein Unterschied in der Steigung zeigt, dass sich die Sensorausgabe mit einer anderen Geschwindigkeit ändert als die ideale Reaktion.
• Linearität – Nicht alle Sensoren haben eine lineare Kennlinie über den angegebenen Messbereich.

Einpunktkalibrierung wird verwendet, um die Sensor-Offsetfehler zu korrigieren, wenn eine genaue Messung nur eines einzelnen Füllstands erforderlich ist und der Sensor linear ist. Temperatursensoren sind normalerweise an einem Punkt kalibriert.

Zweipunktkalibrierung wird verwendet, um sowohl Steigungs- als auch Offsetfehler zu korrigieren. Diese Kalibrierung wird in den Fällen verwendet, in denen der Sensor bekannt ist, dass der Sensorausgang über einen Messbereich einigermaßen linear ist. Hier werden zwei Referenzwerte benötigt – Referenz High, Referenz Low.

Mehrpunkt-Kurvenanpassung wird für Sensoren verwendet, die über den Messbereich nicht linear sind und eine Kurvenanpassung erfordern, um genaue Messungen zu erhalten. Die Mehrpunkt-Kurvenanpassung wird normalerweise für Thermoelemente durchgeführt, wenn diese unter extrem heißen oder extrem kalten Bedingungen verwendet werden.

Für alle oben genannten Kalibrierungsverfahren werden die Kennlinien der Sensoren gezeichnet und mit der linearen Reaktion verglichen und der Fehler ist bekannt.

Anwendungen der Sensorkalibrierung

Sensorkalibrierung in einfachen Worten kann als Vergleich zwischen der gewünschten Ausgabe und der gemessenen Ausgabe definiert werden. Diese Fehler können verschiedene Ursachen haben. Einige der Fehler, die bei Sensoren auftreten, sind Fehler aufgrund eines falschen Nullbezugs, Fehler aufgrund von Verschiebungen im Sensorbereich, Fehler aufgrund mechanischer Schäden usw. Die Kalibrierung ist nicht mit der Justierung vergleichbar.

Der Kalibrierungsprozess beinhaltet das Platzieren des DUT-'Device Under Test' in Konfigurationen, deren Trägheitseingangsreize für den Sensor bekannt sind, was uns hilft, die tatsächlichen Fehler in den Messungen zu bestimmen.

Der Kalibrierungsprozess hilft uns, die folgenden Ergebnisse zu ermitteln-

• Kein Fehler auf dem DUT festgestellt.
• Ein Fehler wird festgestellt und es wird keine Anpassung vorgenommen.
• Eine Anpassung wird vorgenommen, um den Fehler zu beheben, 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 von Sensoren werden viele Sensoren über einen einzigen Chip integriert. Unerkannte Fehler in einem Sensor können zu einer Verschlechterung des gesamten Systems führen. Es ist wichtig, den Sensor zu kalibrieren, um die genaue Leistung der automatisierten Systeme zu erhalten. Welche Standardreferenzen werden für die Kalibrierung der Temperatursensoren verwendet?