אנו משתמשים במערכות וסוגים שונים של ציוד למדידת כמויות פיזיקליות שונות. דיוק המדידה תלוי בגורמים שונים. הציוד המשמש למדידות עלול לאבד את דיוקו כאשר משתמשים בו בטמפרטורות גבוהות יותר, בתנאי לחות או לחות גבוהים, נתון להשפלות, נתון לזעזועים חיצוניים וכו '... ניתן לראות זאת כטעות במדידה. כדי להתמודד עם שגיאה זו ולבצע שינויים הכרחיים בשיטות הכיול של הציוד. כיום משתמשים בחיישנים לצורך ביצוע מדידות שונות. ישנם חיישנים למדידת טמפרטורה, צבע, לחות וכו '... כיול חיישנים ממלא תפקיד מכריע בהסרת השגיאות במדידות החיישנים.
מהי כיול חיישנים?
חיישנים הם מכשירים אלקטרוניים. הם רגישים לשינויים בסביבת העבודה שלהם. שינויים לא רצויים ופתאומיים בסביבות העבודה של החיישנים נותנים ערכי פלט לא רצויים. לפיכך, התפוקה הצפויה שונה מהתפוקה הנמדדת. השוואה זו בין הפלט הצפוי לפלט הנמדד נקראת כיול חיישנים.
כיול חיישנים ממלא תפקיד מכריע בהגדלת ביצועי החיישן. הוא משמש למדידת השגיאות המבניות הנגרמות על ידי חיישנים. ההבדל בין הערך הצפוי לערך הנמדד של החיישן מכונה השגיאה המבנית.
עקרון עבודה
כיול חיישנים מסייע בשיפור הביצועים והדיוק של החיישנים. ישנם שני תהליכים ידועים בהם כיול חיישנים נעשה על ידי תעשיות. בשיטה הראשונה חברות מוסיפות תהליך כיול פנימי ליחידת הייצור שלהן כדי לבצע כיול פרטני של החיישנים. כאן החברה מוסיפה גם חומרה נחוצה לעיצוב שלהם לצורך תיקון פלט חיישנים. בתהליך זה, ניתן לשנות את כיול החיישן כך שיתאים לדרישות הספציפיות ליישום. אך תהליך זה מגדיל את הזמן לשיווק.
האלטרנטיבה לתהליך כיול פנימי זה, מספר חברות ייצור מספקות חבילות חיישנים בדרגת רכב איכותית חיישן MEMS יחד עם כיול מלא ברמת המערכת. בתהליך זה, החברות כוללות מעגלים דיגיטליים מובנים ותוכנה שיעזרו למעצבים לשפר את הפונקציונליות ואת הביצועים של החיישנים. כדי להפחית את זמן עיצוב המוצר ומספר הרכיבים, כלולים מעגלים דיגיטליים כגון ויסות מתח וטכניקות סינון אותות אנלוגיים. כדי לשפר את הביצועים והפונקציונליות הכוללים, המעבד המשולב מסופק עם אלגוריתמי היתוך חיישנים מתוחכמים. חלק מהאלגוריתמים המשוכללים לעיבוד אותות המשולבים עוזרים גם בהפחתת זמן הייצור ומאפשרים זמן מהיר יותר לשוק.
שיטת התייחסות סטנדרטית
כאן משווים את פלט החיישן עם התייחסות פיזית סטנדרטית כדי לדעת את השגיאה בחלק מהחיישנים. דוגמאות לכיול חיישנים הם סרגלים ומקלות מטר, עבור חיישני טמפרטורה - מים רותחים בטמפרטורה של 100C, נקודה משולשת של מים, עבור תאוצה - 'כוח הכבידה הוא קבוע 1G על פני האדמה'.
שיטות כיול
ישנן שלוש שיטות כיול סטנדרטיות המשמשות לחיישנים. הם-
- כיול נקודה אחת.
- כיול שתי נקודות.
- התאמת עקומות מרובת נקודות.
לפני שנכיר שיטות אלה עלינו להכיר את המושג עקומה אופיינית. לכל חיישן עקומה אופיינית המציגה את תגובת הסניור לערך הקלט הנתון. בתהליך הכיול משווים עקומה אופיינית זו של החיישן לתגובה הליניארית האידיאלית שלו.
חלק מהמונחים המשמשים עם העקומה האופיינית הם-
- קיזוז - ערך זה אומר לנו אם יציאת החיישן גבוהה יותר או נמוכה מהתגובה הליניארית האידיאלית.
- רגישות או שיפוע - זה נותן את קצב השינוי בפלט החיישן. הבדל בשיפוע מראה כי תפוקת החיישן משתנה בקצב שונה מהתגובה האידיאלית.
- לינאריות - לא לכל החיישנים יש עקומת מאפיין ליניארית על פני טווח המדידה הנתון.
כיול נקודה אחת משמש לתיקון שגיאות הקיזוז בחיישן כאשר נדרשת מדידה מדויקת של רמה אחת בלבד והחיישן הוא ליניארי. חיישני טמפרטורה מכוילים בדרך כלל בנקודה אחת.
כיול נקודה אחת
כיול שתי נקודות משמש לתיקון שגיאות בשיפוע ולא בסטים. נעשה שימוש בכיול זה במקרים בהם החיישן ידוע לנו כי תפוקת החיישן היא די לינארית בטווח מדידה. כאן יש צורך בשני ערכי התייחסות - התייחסות גבוהה, התייחסות נמוכה.
כיול שתי נקודות
התאמת עקומה מרובת נקודות משמשת לחיישנים שאינם ליניאריים בטווח המדידה ודורשים התאמת עקומות כדי לקבל את המדידות המדויקות. התאמת עקומות מרובת נקודות נעשית בדרך כלל עבור צמדים תרמיים בשימוש בתנאים חמים או קרים במיוחד.
עם כל תהליך הכיול הנ'ל, עקומות האופייניות של החיישנים משורטטות והידוע בתגובה ושגיאה ליניארית.
יישומים של כיול חיישנים
ניתן להגדיר כיול חיישנים במילים פשוטות כהשוואה בין הפלט הרצוי לפלט הנמדד. שגיאות אלה יכולות להיגרם מסיבות שונות. חלק מהשגיאות שנראו בחיישנים הן שגיאות עקב התייחסות אפסית לא נכונה, שגיאות עקב מעבר בטווח החיישנים, שגיאות בגלל נזק מכני וכו '... כיול אינו דומה להתאמה.
תהליך הכיול כולל הצבת ה- DUT-'Device Under Test 'בתצורות שגירוי הכניסה האינרציאלי לחיישן ידוע, מה שעוזר לנו לקבוע את השגיאות בפועל במדידות.
תהליך הכיול עוזר לנו לקבוע את התוצאות הבאות -
- לא צוינה בשגיאה ב- DUT.
- שגיאה צוינה ולא נעשתה התאמה.
- מבצעים התאמה להסרת השגיאה והתיקון מתוקן לרמה הרצויה.
עבור כיול חיישנים משתמשים בדגמי חיישנים. כיול חיישנים מוחל במערכות בקרה לניטור והתאמת תהליכי הבקרה. מערכות אוטומטיות מיישמות גם כיול חיישנים כדי לקבל תוצאות ללא שגיאות.
שימוש בכיול חיישנים
תהליך הכיול משמש להגברת הביצועים והפונקציונליות של המערכת. זה עוזר בהפחתת שגיאות במערכת. חיישן מכויל מספק תוצאות מדויקות ויכול לשמש כקריאת הפניה לשם השוואה.
עם הגידול בטכנולוגיה המשובצת ובגודל נמוך של חיישנים, חיישנים רבים משולבים על גבי שבב יחיד. שגיאות שלא זוהו בחיישן אחד עלולות לגרום להתדרדרות המערכת כולה. חשוב לכייל את חיישן כדי להשיג את הביצועים המדויקים של המערכות האוטומטיות. מהם הפניות הסטנדרטיות המשמשות לכיול ה- חיישני טמפרטורה ?
