La calibración es una comparación del rendimiento del equipo a un nivel de exactitud conocida, y luego una corrección (ajuste) para minimizar los errores

Resumen: La perfección es relativa y la aplicación específica. El coche de carreras perfecto no es el coche que utilizamos para ir al trabajo. Necesitamos productos de uso cotidiano que son de alta calidad, asequibles y fiables sólidamente. Habrá momentos en los que deben usar componentes que no son perfectas, y esto es cuando la calibración se vuelve importante. Las técnicas de calibración de reducir las tolerancias en la fabricación de equipos imperfecta, mientras que el mantenimiento de la asequibilidad.

Introducción

Otro término para la calibración superior es de primera mano de obra. Hubo un momento en que se formaron los gremios de propagar la mano de obra de calidad. Un aprendiz que trabajar durante años para construir una habilidad física. Un maestro artesano puede dedicar su vida entera a la experta tallar madera o piedra, hierro forjado, la cerámica o la escultura para hacer hermosos edificios, obras de arte o monumentos.

Hoy en día, algunos sostienen que es más práctico, pero los dispositivos de consumo comunes están bellamente alucinante piezas de arte utilitario. La humanidad ha pasado de ser un equipo de vacío llenar la sala de tubo, a un transistor , a un ordenador portátil, para teléfonos inteligentes , tabletas y lectores electrónicos en unos 60 años. Nos hemos convertido en obsoletos en lugar de estar constantemente sorprendido, sólo aceptamos estas maravillas que ocurren a diario.

Insistimos en que los productos de calidad, que requieren equipos de fabricación precisa. Al mismo tiempo, el equipo debe ser asequible. ¿Cómo pueden los fabricantes ofrecen "perfecto" el equipo a un precio razonable? En una palabra, la calibración. La calibración electrónica permite la calibración remota y control de los dispositivos de campo, tales como sensores, válvulas, actuadores y en las fábricas. También permite la creación de numerosos dispositivos de consumo de bajo costo.

Todos los componentes prácticos, tanto mecánicos como electrónicos, han tolerancias de fabricación. Cuanto más relajado de la tolerancia, el más asequible del componente. Pero cuando los componentes se ensamblan en un sistema, las tolerancias individuales para crear una suma total del sistema de error de tolerancia. Mediante el diseño adecuado de ajuste fino, y los circuitos de calibración, es posible corregir estos errores del sistema, por lo que un equipo seguro, preciso y asequible.

La calibración es una comparación del rendimiento del equipo a un nivel de exactitud conocida, y luego una corrección (ajuste) para minimizar los errores. Se permite que los componentes económicos de tolerancia para producir productos que superan las expectativas normales. Los beneficios de la calibración son muchas y pueden reducir los costos en varias áreas. La calibración se puede utilizar para eliminar las tolerancias de fabricación, especifique menos costosos componentes, aumentar la fiabilidad y la satisfacción del cliente, reducir el tiempo de prueba y devoluciones de los clientes, y la velocidad de la entrega del producto.

La calibración en el mundo real

Un truco común de publicidad de reparación de automóviles Tiendas de uso ilustra la importancia de una cuidadosa calibración. Un representante de la tienda se enfrenta a la audiencia como un coche se acerca rápidamente por detrás. El vehículo viene con un gran estrépito, a segundos de golpear al empleado. El empleado denota la confianza en los frenos y mano de obra de la empresa con la frase "estamos frente a nuestro trabajo." Uno rápidamente decide que confiar en los productos de la empresa y los servicios.

Otra historia haciendo hincapié en el uso de la calibración se encuentra en el libro del Dr. WJ Youden, "La experimentación y la medición". ¹

En 1890, un científico británico, Lord Rayleigh, realizó un estudio en el que comparaba el nitrógeno obtenido del aire con el nitrógeno liberado por el nitrito de amonio calefacción. Quería comparar las densidades de los dos gases, es decir, sus pesos por unidad de volumen. Lo hizo mediante la cumplimentación de una bombilla de volumen determinado cuidadosamente con cada gas, a su vez en condiciones normales: presión del nivel del mar a 0 ° centígrados. El peso de la bombilla cuando completo menos su peso cuando el nitrógeno se agotó dio el peso del nitrógeno. Una medición del peso de nitrógeno atmosférico dio 2.31001 gramos. Otra medida en nitrógeno de nitrito amónico dio 2.29849 gramos. La diferencia, 0,01152, es pequeño. Lord Rayleigh se enfrentó con un problema: era la diferencia de un error de medición o hubo una verdadera diferencia en las densidades? Sobre la base de conocimiento químico existente debería haber ninguna diferencia en la densidad. Varias mediciones adicionales se realizaron con cada gas, y Lord Rayleigh la conclusión de que sus datos se evidencia convincente de que la diferencia observada en pequeñas densidades estaba en exceso de los errores experimentales de medición y por lo tanto, existía en realidad. No se plantea ahora el problema intrigante científica de encontrar una razón para la diferencia observada en la densidad. El estudio adicional condujo finalmente Lord Rayleigh a creer que el nitrógeno del aire contenido algo de gas hasta ahora desconocida o gases que eran más pesados ​​que el nitrógeno, y que no había sido eliminado por los medios para eliminar los gases de otros conocidos. Partiendo de este supuesto, pronto se aisló el elemento argón gaseoso. Luego siguió el descubrimiento de toda la familia de los gases nobles, la existencia de los cuales ni siquiera se había sospechado. La pequeña diferencia en las densidades, cuidadosamente evaluados como no es casual, llevó a un descubrimiento científico de gran importancia.

El número de inventos y descubrimientos que han sido posibles gracias a los científicos cuidadosos y observadores con equipos que pueden confiar es inmensa. No podemos escapar al hecho de que la calibración es una parte importante de nuestras vidas.

Absolutamente perfecto o lo suficientemente bueno?

Muy pocas cosas son absolutamente perfectos. Incluso con todo el dinero gastado en coches de carreras profesionales, que son perfectos? ¿Nos quieres ir en coche a recoger a una tienda de comestibles con nuestros hijos? ¿Podemos pagar los gastos de combustible? Obviamente, entendemos que la "aplicación específica" se aplica a los coches.

Del mismo modo, cuando es "suficientemente bueno" realmente suficiente? Esto también depende de la aplicación.Si compramos un litro de leche, una parte de una onza es importante. En contraste, la cantidad de agua potable en un recipiente con kilómetros de costa se mide en millones o miles de millones de galones. En este tipo de mediciones, una onza es insignificante.

Mediciones electrónicas también son de aplicación específica y los instrumentos de laboratorio tienen los requisitos de tolerancia muy diferentes. Una forma de construir un instrumento electrónico de medición para un laboratorio es utilizar partes de tolerancia muy estrechos para cada componente. Este gasto adicional podría justificarse en algunas aplicaciones. Sin embargo, otro enfoque puede resultar en la precisión requerida en un menor coste. Este segundo método, empleando la calibración, se puede lograr un instrumento más preciso. El instrumento se fabrica con componentes con un nivel de tolerancia asequible. Dichas tolerancias se calibran de la medición mediante el ajuste del instrumento mientras compara el instrumento con un estándar fiable.

Un ejemplo sencillo es un circuito formado por cuatro amplificadores ( Figura 1 ). La ganancia es fijada por las tolerancias de ocho resistencias. Si el circuito general se requiere para estar dentro de ± 1%, se podría utilizar resistencias de 0,1% (método de uno) o podemos usar la calibración. Podríamos optar por sustituir una resistencia con una resistencia ajustable o potenciómetro (pot). Entonces, los otros siete resistencias podría ser resistencias 5% (total ± 35%) o resistencias 1% (total ± 7%). Un análisis del circuito es necesario decidir qué tolerancia es práctico. Otros parámetros también se tendrán en cuenta, tales como el consumo de energía, la granularidad de ajuste y estabilidad de la temperatura.

Figura 1. Un sistema con cuatro amplificadores entre bloques de circuitos funcionales.

La siguiente consideración es la estabilidad del ajuste-voluntad un ajuste en la fábrica de cumplir con el requisito, o se ajuste periódico ser necesario? De nuevo, esto es específico de la aplicación. Una herramienta extraordinaria, el Micro-Cap 10 simulador Circuito de Software Spectrum, compara la estabilidad y el cambio en una forma de onda frente a la tolerancia de los componentes. Una versión de evaluación gratuita se puede encontrar en www.maxim-ic.com/cal . El software permite que los valores de resistencia a barrer y análisis de Monte Carlo para llevar a cabo para explorar los efectos de las tolerancias de los componentes.

La calibración de calidad y la asequibilidad

La calibración permite al ingeniero de diseño para crear productos sólidos y fiables que sean asequibles. El ingeniero de diseño sin experiencia pueden tener la tentación de tomar atajos. Aquellos con más experiencia han visto este error y se han lamentado por qué siempre hay tiempo para arreglar algo cuando no había tiempo suficiente para hacerlo correctamente en el primer lugar. A la larga, lo mejor es recordar famoso dicho de Mark Twain "siempre hacer lo correcto. Esto gratificar a algunos y asombrará al resto."

Precisos ajustes automáticos con la calibración de digital a analógico (CDACs) y calibración de los potenciómetros digitales (CDPots) hacen que el recorte de distancia tolerancias de los componentes fácil. CDACs y CDPots compartir algunas características únicas que permiten la calibración automática-upon encendido, comienzan en una condición conocida. Eso puede ser a gran escala, de gama media y baja escala, o de un nivel previamente establecido a partir autónomo memoria no volátil . Figura 2 compara un DAC con una CDAC y CDPot.

DAC ordinarias permiten un voltaje de referencia único (V _REF ), que se aplica, lo que la tensión de referencia por lo general se convierte en el valor más alto del CAD. El ajuste más bajo del DAC es un voltaje fijo, por lo general suelo.El CDAC y CDPot permitir que tanto la tensión de CAD superior e inferior para ajustarse a las tensiones arbitrarias, eliminando así el exceso de margen de ajuste. Extracción de la gama de ajuste utilizado se elimina cualquier posibilidad de que el circuito podría ser groseramente mal ajustado. Los voltajes altos y bajos para la CDAC y CDPot son arbitrarias y, por tanto, puede estar centrada dondequiera que el circuito de calibración se requiere.

Figura 2. La comparación de un DAC con una CDAC y CDPot.

Beneficios de reemplazar Recorta mecánicos con sus equivalentes electrónicos

Los dispositivos de regulación con control digital ofrecen varias ventajas sobre los dispositivos mecánicos en los sistemas industriales. La mayor ventaja es un menor costo de prueba. Equipos de prueba automáticos ( ATE ) se puede realizar la calibración, precisamente, una y otra vez, eliminando los elevados costes asociados a los ajustes manuales propensos a errores. Además, las ollas digitales permiten un control periódico a ocurrir con más frecuencia o más de vida útil más prolongada del equipo, ya que garantizan la escritura 50,000 ciclos . Los mejores potenciómetros mecánicos puede soportar sólo unos miles de ajustes.

Flexibilidad de ubicación y el tamaño son otras ventajas en comparación con los potenciómetros mecánicos. Ollas ajustable digitalmente puede ser montado en la placa de circuito directamente en la trayectoria de la señal, exactamente donde se necesitan. En contraste, los potenciómetros mecánicos pueden requerir el acceso humano, requiriendo posiblemente rastros largos circuitos o cables coaxiales. En los circuitos sensibles, la capacidad , tiempo de retardo, o la interferencia de recogida de estos cables puede reducir el rendimiento del equipo.

Ollas digitales también mantienen su calibración valora mejor con el tiempo, mientras que los potenciómetros mecánicos pueden continuar experimentando pequeños movimientos, incluso después de haber sido sellados. Por ejemplo, un limpiaparabrisas se moverá como el resorte del limpiaparabrisas se relaja cuando el bote es ciclada temperatura, o cuando el bote se somete a vibración envío. Los valores de calibración almacenados en macetas digitales no se ven afectados por estos factores.

Además, una sola vez programable (OTP) CDPot se puede utilizar para mayor seguridad. Se bloquea permanentemente en el ajuste de calibración, la prevención de un operador de hacer ajustes adicionales ( Figura 3 ).Para cambiar el valor de calibración, un físico debe reemplazar el CDPot Fiscalía. Una variante especial de la Fiscalía CDPot siempre vuelve a su valor almacenado en el poder-al momento del reinicio, al tiempo que permite a los operadores a realizar los ajustes limitados durante la operación a su discreción.

Figura 3. Un filtro ajustable con ganancia permite el ajuste de calibración para ser congelado a través de la Fiscalía.

Aprovechando Referencias de voltaje de precisión para la calibración digital

Mediciones de los sensores y el voltaje con precisión de analógico a digital (ADC) son tan exacta como la tensión de referencia utilizado para la comparación. Del mismo modo, las señales de salida de control tan preciso como el voltaje de referencia suministrado a la DAC, amplificador o el cable conductor. Referencias compacto, bajo consumo de energía, bajo nivel de ruido, y bajo coeficiente de temperatura-voltaje son asequibles y fáciles de usar. Además, algunas referencias, como el DS1859, tienen temperatura interna sensores para ayudar en el seguimiento de las variaciones ambientales.

Suministros de energía comunes no son suficientes para actuar como referencias de tensión de precisión. Los suministros de potencia típicas son sólo el 5% y el 10% de precisión, sino que cambian con los cambios de carga y la línea, y tienden a ser ruidosos. Por otro lado el MAX6325 tiene una precisión inicial de menos de 1.5μV ± 0,02%, el ruido _{del PP} , y un coeficiente de temperatura 1ppm.

En general, existen tres tipos de serie referencias de calibración de voltaje (CRefs), cada uno de los cuales ofrece ventajas únicas para aplicaciones de fábrica diferentes. La elección de una referencias de tensión en serie permite al diseñador para optimizar y calibrar circuitos exactas.

El primer tipo de referencia permite un rango pequeño ajuste, típicamente 3% a 6% ( Figura 4 ). Esto es una ventaja para recorte de ganancia en muchos sistemas. Es en efecto, permite a un análogo de recorte de ganancia de un convertidor digital. Por ejemplo, el acoplamiento de un DAC con un recortable Cref como el MAX6350 permite la ganancia total del sistema para ser afinado, simplemente ajustando la tensión de CREF.

Figura 4. Pote digital de voltaje de referencia adornos para cambiar la ganancia del sistema a través del CAD.

El segundo tipo es una referencia ajustable (tal como el MAX6037 o MAX6160 ) que permite el ajuste en un amplio intervalo (por ejemplo, 1V a 12V). Esto es ventajoso para los dispositivos de campo que tienen gran tolerancia sensores y que debe operar con alimentación inestable. Los dispositivos portátiles de mantenimiento puede ser que necesite para funcionar con baterías, la energía del automóvil, o generadores de energía de emergencia.

El tercer tipo es un E2CRef ( Figura 5 ), que integra la memoria, lo que permite un comando de una sola clavija para copiar ninguna tensión entre 0,3 V y [V _IN - 0,3 V], a continuación, para mantener ese nivel infinitamente.

Figura 5. El DS4303 infinita de la muestra y retención ajustable diagrama de tensión de bloque de referencia.

E2CRefs prueba los beneficios y los instrumentos de control que necesitan para establecer una línea de base o el umbral de advertencia de alerta.

Conclusión

Cuando la calibración es importante? Sólo cuando se requiere precisión, calidad y perfección. Necesitamos productos de uso cotidiano que son de alta calidad, asequibles y fiables sólidamente. Calibración nos ayuda a reducir la acumulación de los componentes de tolerancia en el sistema, mientras que el mantenimiento de la asequibilidad.Para obtener información de calibración más, los productos, notas de aplicaciones y herramientas de diseño, por favor visite www.maxim-ic.com/cal .

Referencias

1. Youden, el Dr. WJ "La experimentación y la medición". División de Matemáticas Aplicadas, Oficina Nacional de Normas en 1961 Reimpreso mayo de 1997, EE.UU. Departamento de Comercio, Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), Publicación Especial 672.

 

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