Ошибка калибровки датчика

Калибровка датчика – определение его индивидуальныхкоэффициентов общей формы передаточной функции.

Производится еслипроизводственные допуски на датчик превышают требуемую точность измерения.Например, требуется измерить температуру с точностью ±0.5°С датчиком, посправочным данным обладающим погрешностью ±1?С. Это можно сделать только послепроведения калибровки этого конкретного датчика, т.е. после нахождения егоиндивидуальной передаточной функции.

Математическое описание передаточнойфункции необходимо знать до начала проведения калибровки. Если выражение дляпередаточной функции является линейным, в процессе калибровки определяюткоэффициенты а и b, если экспоненциальным - токоэффициенты а и к т.д.
Пример для линейной передаточнойфункции. Поскольку для определения коэффициентов, описывающих прямую линию,необходимо иметь два уравнения, придется проводить калибровку, как минимум, вдвух точках.

Передаточная функция:
Для определения а и b датчик необходимо поместить в две среды: одну стемпературой t1, другую с температурой t2 и измерить значения двух соответствующих напряжений: v1, и v2 После чего надо подставить эти величиныв выражение передаточной функции:

и найти значения констант:

Дляполучения температуры из выходного напряжения, значение измеренного напряжениянеобходимо подставить в инверсное выражение передаточной функции:

В некоторых случаях одна из констант может быть заранее определена с достаточнойстепенью точности, тогда калибровка проводится в одной точке. Например длядатчика температуры с р-n переходом наклон передаточной функции b дляопределенного типа полупроводников обычно является хорошо воспроизводимойвеличиной.

Длянелинейных функций калибровку требуется проводить более чем в двух точках.Количество необходимых калибровок диктуется видом математического выражения.Если передаточная функция моделируется полиноминальной зависимостью, числокалибровочных точек выбирается в зависимости от требуемой точности. Поскольку,как правило, процесс калибровки занимает довольно много времени, для снижениястоимости изготовления датчиков на производстве количество калибровочных точекзадается минимальным.

Другойподход к калибровке нелинейных датчиков - применение кусочно-линейной аппроксимации:любую кривую в пределах достаточно небольшого интервала всегда можно заменитьлинейной функцией. Поэтому нелинейную передаточную функцию можно представить ввиде комбинации линейных отрезков, каждый из которых обладает своимисобственными коэффициентами а и b.
Дляпроведения калибровки датчиков важно иметь точные физические эталоны,позволяющие моделировать соответствующие внешние воздействия. Например, прикалибровке контактного датчика температуры его необходимо помещать либо врезервуар с водой, либо в «сухой колодец», в которых есть возможность точнорегулировать температуру. При калибровке инфракрасных датчиков требуетсяналичие черного тела, а для калибровки гигрометров - набор насыщенных растворовсолей, используемых для поддержания постоянной относительной влажности взакрытом контейнере и т.д.

Следовательноточность последующих измерений напрямую связана с точностью проведения калибровкии ошибка калибровочных эталонов должна включаться в полную ошибку измерений.

Ошибка калибровки - это погрешность, допущеннаяпроизводителем при проведениикалибровки датчика на заводе. Эта погрешность является систематический и добавляется ко всем реальнымпередаточным функциям.