6.2. Калібрування
Якщо допуски виготовленого сенсора й допуски схеми інтерфейсу (перетворення сигналу) ширші, ніж це вимагає точність системи, необхідне калібрування датчика або комбінації вимірювального датчика та інтерфейсної схеми, щоб звести до мінімуму помилки. Наприклад, якщо потрібно вимірювати температуру з точністю ± 0.1°С, а доступний
Рис. 19. Двовимірна функція передачі теплового датчика випромінювання
датчик має точність ± 1°С, це не означає, що датчик не може використовуватися. Швидше за все, цей конкретний датчик потребує калібрування. Тобто, повинна бути знайдена його унікальна функція передачі, яка буде відповідати реакції реального датчика або повинні бути скоректовані конкретні параметри функції передачі для забезпечення більш точного обчислення впливу по відгуку датчика. Тут немає необхідності калібрувати ____________
2Це функція звичайно відома як закон Стефана-Больцмана.
датчик по багатьом вхідним впливам. Як правило, досить калібрувати тільки в декількох обраних точках (вхідних впливів), які генерує відоме еталонне джерело. Вхідні й вихідні точки будуть лежати на реальній функції передачі. Метою калібрування є знаходження невідомих коефіцієнтів (параметрів) інвертованої функції передачі, таким чином, щоб функція повною мірою могла бути використана в процесі виміру для обчислення будь-якого впливу в бажаному діапазоні, а не тільки в точках, що використовуються у процесі калібрування, але й у будь-якім місці між ними. При калібруванні, кілька вхідних впливів групуються з відповідними вихідними електричними відгуками й у результаті ці пари включаються в інвертовану функцію передачі для обчислення її параметрів (коефіцієнтів). Після того, як функціональні параметри встановлені й збережені, датчик готовий до використання. Таким чином, або повинна бути відома математична модель функції передачі до калібрування, або повинно бути знайдене гарне наближення відгуку датчика у всьому діапазоні. У більшості випадків, такі функції є гладкими й монотонними.
Дуже рідко вони є специфічними, і якщо це так, такі характерні риси є корисним явищем, яке використовується для виміру (детектор іонізуючих часток є прикладом цього). Калібрування датчика може бути зроблено декількома можливими способами, деякі з них є наступними:
1. Розрахунки функції передачі або її наближення на відповідність обраним
точкам калібрування (припасування кривої шляхом обчислення коефіцієнтів обраного наближення).
2. Регулювання системи збору даних для упорядкування (заміни) вимірюваних даних, щоб можна було їх вписати в нормалізовану або "ідеальну" функцію передачі. Як приклад, можна привести масштабування отриманих даних.
3. Модифікація (настроювання) «властивостей» датчика, для припасування заданої функції перетворення.
4. Створення еталонного пристрою для специфічних сенсорів з відповідними властивостями в конкретних точках калібрування.
Рис 20. Три методи калібрування термістора (температурно-чутливого резистора).
На Рис. 20а термістор занурений у ванну з рідиною, що перемішується й з керованою й контрольованою температурою (термостат). Рідина повинна бути не електропровідною, такою як масло або FluorinertTM. Температуру ванни контролюють за допомогою прецизійного опорного термометра. Опір термістора виміряється Ом-метром, який є частиною калібрувального устаткування. Шліфувальна машина механічно видаляє деякі матеріали з тіла термістора для зміни його розмірів і, як наслідок, змінюючи електричний опір при певній температурі ванни. Коли опір термістора збігається із заданим значенням, шліфування зупиняється й калібрування закінчене. Тепер відгук термістора відповідає «ідеальній» функції передачі. Інший спосіб калібрування показаний на Рис. 20b, де термістор не є основним, а тільки оцінюється по певній вихідній температурі. Постійний температурно-стабільний резистор з лазерним припасуванням (або просто підібраний з асортименту) перебуває за межами ванни з рідиною. Припасування (вибір) опору погоджувального резистора до опору термістора відбувається при температурі термостата. Після припасування, тільки підігнана конкретна пара – термістор і резистор повинні бути використані у вимірювальному ланцюзі, наприклад, у мості Уітстона. Якщо це добре підібрана пара, відгук моста буде відповідати "ідеальній" функції перетворення.
У цьому прикладі методи А и В є корисними для калібрування при одній зазначеній температурі. При цьому передбачається, що інші параметри функції передачі не мають потреби в калібруванні. Якщо це не так, кілька каліброваних пар при різних температурах і опорах повинні бути сформовані, як це показано на Рис. 20c. Тут ванна з рідиною встановлена на 2, 3, або 4 різних температури й датчики (вбудовані в зонд) виробляють відповідні відгуки, які використовуються каліброваним пристроєм для генерації відповідних коефіцієнтів зворотної функції передачі, яка буде зберігатися в пам'яті застосовуваного пристрою (наприклад, термометра).