通过工厂校准提高传感器的测量精度

不久之前，工厂传感器校准和自校准传感器要么不存在，要么很少见。产品开发的进步改变了这一切，为设计人员在传感器成本，精度，可靠性以及易用性等方面带来了福音。

现在，许多单独的传感器在部署之前或之后进行校准。预部署校准的一个优点是制造商可以一次校准许多传感器而不是单独校准，从而大大节省了成本。另一方面，就地校准在安装传感器后发生，更耗时，并且传感器可能暴露于可能影响校准精度的环境因素。

过去，校准工作坦率地说对设计师来说是一场噩梦。第一次校准后，挑战并未停止，因为保持传感器准确性存在许多障碍。预校准或自校准提供：

消除测量不确定度

数据随时间的可靠性

消除或对维护频率产生重大影响

对传感器功能的干扰最小

降低成本

特别是在传感器融合的情况下，环境中的每个传感器都有不同的误差特性，每个传感器的校准都是随着越来越多的传感器依赖于执行校正计算和处理特定应用算法，监控自身以及通过接口进行通信，传感器的复杂性正在急剧增加。尽管如此 - 并且在很大程度上是因为通过将传感器特定的校正信息存储在非易失性存储器中来帮助维护传感器系统的任务，允许更换单个传感器而无需重新校准 - 传感器变得更容易使用。使用与参考的比较，传感器可以自我监控，当参考可用作输入时，传感器可以自我重新校准。

各种传感器类型可以在工厂校准。下面是温度/湿度，惯性传感器和CO2传感器模块，它们都提供工厂校准。

一个预先校准的传感器设备是Silicon Labs的Si702x/2x数字I²C湿度和温度传感器（图1） 。完整的器件系列提供完全出厂校准的湿度和温度传感器元件，带有模数转换器，信号处理和I²C主机接口。这是一款基于CMOS的器件，功耗低。

图1：Si701x/2x器件是Silicon Labs的第二代相对湿度和温度传感器系列。该器件系列的所有成员将完全出厂校准的湿度和温度传感器元件与模数转换器，信号处理和I²C主机接口相结合。

精密相对湿度传感器的特点包括：（适用于Si7013/Si7021）在0-80％RH下±3％RH（最大值），而Si7020在0-80％RH下提供：±4％RH（最大值）。温度传感器在-10至+ 85°C时具有±0.4°C精度（最大值），辅助第二区传感器输入（Si7013），0至100％RH工作范围和高达-40至+ 125°C工作范围。功耗为3.3 V时平均功率为1.9μW，每秒采样1次。有一个集成的片上加热器，该器件采用3 mm x 3 mm DFN封装该传感器的工厂校准可在回流和运行期间提供出色的长期稳定性和寿命保护。可选的工厂安装过滤器/盖板可防止灰尘，污垢，家用化学品和其他液体污染。

应用包括AEC-Q100汽车合格用途，工业HVAC/R，恒温器/湿度调节器，呼吸治疗白色家电，微型环境和数据中心，以及汽车气候控制和除雾。另一个例子是ADI公司的ADIS16445传感器设备，一个完整的惯性系统，包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。该设备中的每个传感器都将iMEMS技术与信号调理相结合，优化了传感器的动态性能。工厂校准表征每个传感器的灵敏度，偏置，对齐和线性加速度（陀螺仪偏置），以便每个传感器都有自己的动态补偿公式，以确保准确的传感器测量。

ADIS16445（图2）是一个简单的成本 - 将精确的多轴惯性传感集成到工业系统中的有效方法。所有必需的运动测试和校准都是工厂生产过程的一部分，因此可以轻松快速地集成到应用程序中。在导航系统中使用时，紧密的正交对准还简化了惯性框架对准。

功能包括三轴数字陀螺仪，数字范围缩放，±62°/s，±125°/s，±250°/s设置和《0.05°轴到轴不对中规格。三轴数字加速度计最小值为±5g，传感器提供自动操作和数据采集，无需外部配置命令，启动时间为175 ms，并具有工厂校准的灵敏度，偏置和轴对齐，如以及-40°至+ 70°C的校准温度范围。

应用包括平台稳定和控制，导航和机器人。

图2：工作图ADI公司的ADIS16445惯性传感器具有工厂校准功能。另一个工厂校准的例子是我们看到软件的重要性，它来自Amphenol Advanced Sensors（以前的GE Sensing）的Telaire 6613 CO2模块。该模块旨在满足OEM数量，成本和交付要求。所有装置均经过工厂校准，可测量高达2，000和5，000 ppm的CO2浓度水平，双通道传感器可用于更高浓度。

功能包括灵活的CO2传感器平台，旨在与其他微处理器设备进行交互，并消除使用Telaire的专利ABC Logic软件，在大多数应用中需要校准ABCLogic软件使C02传感器能够在现场安装后自动校准，从而消除了维护问题。所有带有ABC Logic的传感器都具有终身校准保证，如果发现传感器未校准，供应商将为传感器提供校准。

气体传感器通常漂移，漂移程度取决于组件的质量和设计。然而，即使少量漂移也会导致需要重新校准，这意味着每个传感器都需要进行维护，并执行需要长达20分钟的重新校准程序。如果经常发生这种情况，它将消除可能来自基于二氧化碳的需求控制通风的任何节能效益。

Telaire自校准传感器（图3）已经上市多年，其首批产品仍然准确地测量CO 2。大多数从未进行现场校准。

图3：Telaire的CO2模块配有ABCLogic校准软件。总之，校准和自校准为设计人员和应用提供了很多帮助可靠性和准确性的方式，以及最重要的实施速度。本文介绍了工厂校准的好处，并检查了主要供应商提供的几个优秀的传感器示例。