Калибровка датчика

Калибровка датчика – определение его индивидуальных коэффициентов общей формы передаточной функции.

Производится если производственные допуски на датчик превышают требуемую точность измерения. Например, требуется измерить температуру с точностью ±0.5°С датчиком, по справочным данным обладающим погрешностью ±1?С. Это можно сделать только после проведения калибровки этого конкретного датчика, т.е. после нахождения его индивидуальнойпередаточной функции.

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

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

и найти значения констант:

Для получения температуры из выходного напряжения, значение измеренного напряжения необходимо подставить в инверсное выражение передаточной функции:

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

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

Другой подход к калибровке нелинейных датчиков - применение кусочно-линейной аппроксимации: любую кривую в пределахдостаточно небольшого интервала всегда можно заменить линейной функцией. Поэтому нелинейную передаточную функцию можно представить в виде комбинации линейных отрезков, каждый из которых обладает своими собственнымикоэффициентами а и b.
Для проведения калибровки датчиков важно иметь точные физические эталоны, позволяющие моделировать соответствующие внешние воздействия. Например, при калибровке контактного датчика температуры его необходимо помещать либо в резервуар с водой, либо в «сухой колодец», в которых есть возможность точно регулировать температуру. При калибровке инфракрасных датчиков требуется наличие черного тела, а для калибровки гигрометров - набор насыщенных растворов солей, используемых для поддержания постоянной относительной влажности в закрытом контейнере и т.д.

Следовательно точность последующих измерений напрямую связана с точностью проведения калибровки и ошибка калибровочных эталонов должна включаться в полную ошибку измерений.