Qué es la calibración de sensores - Definición y su aplicación

Utilizamos diferentes sistemas y tipos de equipos para medir diversas magnitudes físicas. La precisión de la medición depende de varios factores. Los equipos utilizados para las mediciones pueden perder su precisión cuando se utilizan a temperaturas más elevadas, en condiciones de alta humedad, sometidos a degradación, sometidos a golpes externos, etc... Esto puede observarse como el error en la medición. Para hacer frente a este error y realizar los cambios necesarios en el equipo se utilizan métodos de calibración. Hoy en día se utilizan sensores para realizar diversas mediciones. Hay sensores para medir la temperatura, el color, la humedad, etc. La calibración de los sensores desempeña un papel crucial en la eliminación de los errores en las mediciones de los sensores.

¿Qué es la calibración de los sensores?

Los sensores son dispositivos electrónicos. Son sensibles a los cambios en su entorno de trabajo. Los cambios indeseables y repentinos en el entorno de trabajo de los sensores dan valores de salida no deseados. Así, la salida esperada difiere de la salida medida. Esta comparación entre la salida esperada y la salida medida se llama Calibración del sensor.

La calibración del sensor desempeña un papel crucial para aumentar el rendimiento del sensor. Se utiliza para medir los errores estructurales causados por los sensores. La diferencia entre el valor esperado y el valor medido del sensor se conoce como Error Estructural.

Principio de funcionamiento

La calibración de los sensores ayuda a mejorar su rendimiento y precisión. Hay dos procesos bien conocidos en los que las industrias realizan la calibración de los sensores. En el primer método, las empresas añaden un proceso de calibración interno a su unidad de fabricación para realizar la calibración individual de los sensores. En este caso, la empresa también añade el hardware necesario a su diseño para la corrección de la salida del sensor. Mediante este proceso, la calibración del sensor puede cambiarse para ajustarse a los requisitos específicos de la aplicación. Pero este proceso aumenta el tiempo de comercialización.

Como alternativa a este proceso de calibración interno, varias empresas de fabricación proporcionan paquetes de sensores con un Sensor MEMS de alta calidad junto con una calibración completa a nivel de sistema. En este proceso, las empresas incluyen una circuitería digital integrada y un software para ayudar a los diseñadores a mejorar la funcionalidad y el rendimiento de los sensores. Para reducir el tiempo de diseño del producto y el número de componentes, se incluyen circuitos digitales como la regulación de la tensión y técnicas de filtrado de señales analógicas. Para mejorar el rendimiento y la funcionalidad generales, el procesador de a bordo dispone de sofisticados algoritmos de fusión de sensores. Algunos de los sofisticados algoritmos de procesamiento de señales a bordo también ayudan a reducir el tiempo de fabricación, lo que permite un tiempo de comercialización más rápido.

Método de referencia estándar

Aquí se compara la salida del sensor con una referencia física estándar para conocer el error de algunos sensores Ejemplos de calibración de sensores son las reglas y los palos de medir, Para los sensores de temperatura- Agua hirviendo a 100C, Punto triple del agua, Para los acelerómetros- "la gravedad es constante 1G en la superficie de la tierra".

Métodos de calibración

Hay tres métodos de calibración estándar utilizados para los sensores. Son..

• Calibración en un punto.
• Calibración de dos puntos.
• Ajuste de curvas multipunto.

Antes de conocer estos métodos tenemos que conocer el concepto de curva característica. Todo sensor tiene una curva característica que muestra la respuesta del sensor al valor de entrada dado. En el proceso de calibración, esta curva característica del sensor se compara con su respuesta lineal ideal.

Algunos de los términos utilizados con la curva característica son

• Desplazamiento - Este valor nos indica si la salida del sensor es mayor o menor que la respuesta lineal ideal.
• Sensibilidad o pendiente - Indica la velocidad de cambio de la salida del sensor. Una diferencia en la pendiente muestra que la salida del sensor cambia a una velocidad diferente de la respuesta ideal.
• Linealidad - No todos los sensores tienen una curva característica lineal en un rango de medición determinado.

La calibración en un punto se utiliza para corregir los errores de desplazamiento del sensor cuando se requiere una medición precisa de un solo nivel y el sensor es lineal. Los sensores de temperatura suelen calibrarse en un punto.

La calibración de dos puntos se utiliza para corregir los errores de pendiente y de desviación. Esta calibración se utiliza en los casos en los que sabemos que la salida del sensor es razonablemente lineal en un rango de medición. En este caso se necesitan dos valores de referencia: referencia alta y referencia baja.

El ajuste de curvas multipunto se utiliza para los sensores que no son lineales en el intervalo de medición y requieren un ajuste de curvas para obtener mediciones precisas. El ajuste de curvas multipunto se suele hacer para los termopares cuando se utilizan en condiciones de calor o frío extremos.

Para todo el proceso de calibración anterior, se dibujan las curvas características de los sensores y se comparan con la respuesta lineal y se conoce el error.

Aplicaciones de la calibración de sensores

La calibración de los sensores, en términos sencillos, puede definirse como la comparación entre la salida deseada y la salida medida. Estos errores pueden deberse a varias razones. Algunos de los errores que se observan en los sensores son los debidos a una referencia cero incorrecta, los debidos al desplazamiento del rango del sensor, los debidos a daños mecánicos, etc. La calibración no es similar al ajuste.

El proceso de calibración incluye la colocación del DUT-'Dispositivo bajo prueba' en configuraciones cuyos estímulos de entrada inerciales para el sensor son conocidos, lo que nos ayuda a determinar los errores reales en las mediciones.

El proceso de calibración nos ayuda a determinar los siguientes resultados-

• No se observa ningún error en el DUT.
• Se observa un error y no se realiza ningún ajuste.
• Se realiza un ajuste para eliminar el error y éste se corrige hasta el nivel deseado.

Para la calibración de los sensores se utilizan modelos de sensores. La calibración de los sensores se aplica en los sistemas de control para supervisar y ajustar los procesos de control. Los sistemas automáticos también aplican la calibración de los sensores para obtener resultados sin errores.

Uso de la calibración de sensores

El proceso de calibración se utiliza para aumentar el rendimiento y la funcionalidad del sistema. Ayuda a reducir los errores del sistema. Un sensor calibrado proporciona resultados precisos y puede utilizarse como lectura de referencia para comparar.

Con el aumento de la tecnología integrada y el bajo tamaño de los sensores, se integran muchos sensores en un solo chip. Los errores no detectados en un sensor pueden provocar la degradación de todo el sistema. Es importante calibrar el sensor para obtener el rendimiento preciso de los sistemas automatizados. ¿Cuáles son las referencias estándar utilizadas para la calibración de los sensores de temperatura?