TEDS 기술을 사용한 센서 교정

데이터 수집의 핵심은 RTD, 가속도계, 스트레인 게이지 등과 같은 아날로그 트랜스듀서의 전압 측정입니다. 측정을 이해하기 쉬운 센서에 대한 정보에 기반하여 데이터 수집 시스템이 전압 신호를 해석하는 방법입니다. 원시 전압에서 유용한 데이터로 전환하는 경우, DAQmx 드라이버는 트랜스듀서 타입에 따라 다양한 변환을 적용합니다. 일반적으로 이것은 트랜스듀서 타입에 특정한 표준 커브 및 식입니다. 그러나 센서 교정은 센서를 개별적으로 고려하여 이 과정을 한 단계 더 발전시킵니다. 즉, 센서 출력 전압은 특정한 센서 교정에서 얻은 메트릭스를 기반으로 한 물리적 측정값에 맵핑됩니다.

센서의 EEPROM 또는 VTEDS 파일에 저장된 데이터는 공간을 절약하기 위해 압축됩니다. DAQmx 드라이버는 2진 데이터에 템플릿을 적용하여 정보를 가져오고 해석합니다. 전하 증폭기에서 써미스터까지 각 타입의 센서에 대해 별도의 템플릿이 있습니다. 센서는 이러한 16가지 표준 템플릿 외에도 교정 테이블, 교정 곡선(다항식), 주파수 응답 테이블이라는 세 가지 사용 가능한 교정 템플릿 중 하나를 가질 수 있습니다. 아래 표 1을 참조하십시오.

교정 테이블 템플릿은 트랜스듀서의 전기적-물리적 전달 기능을 가진 검색 테이블을 설명합니다. 테이블은 CalPoint_DomainValue 및 CalPoint_RangeValue 파라미터에 여러 값 세트를 필요로 합니다. 아래 표 2를 참조하십시오.
CalTable_Domain은 교정 테이블의 영역 파라미터를 전기적 (0) 또는 물리적 (1) 중 하나로 선택하는데 사용됩니다. 예를 들어, 전기적 영역 파라미터는 전압이고 물리적 영역 파라미터는 섭씨입니다. CalPoint_DomainValue는 교정된 값의 영역 파라미터로, 트랜스듀서 전체 범위의 퍼센트로 표시됩니다. 열전쌍의 전체 범위가 -300 ~ 300°C인 경우, 열전쌍을 0°C에서 교정하면 CalPoint_DomainValue이 50%가 됩니다. CalPoint_RangeValue은 센서의 전체 범위에 대한 퍼센트로 나타낸 예상 값에서 범위 측정의 편차입니다. 5°C만큼 떨어지는 값은 같은 열전쌍에서 .8333%의 CalPoint_RangeValue에 해당합니다. 다음 그림 1은 이 프로퍼티를 사용하여 트랜스듀서의 전달 함수를 지정하는 방법을 보여줍니다.
교정 테이블 템플릿은 교정 목적으로 몇 개의 데이터 포인트를 기록하는 간단한 방법을 제공합니다. 이는 매우 좁은 범위의 값을 교정할 때 특히 유용합니다.

그러나 때로는 전체 범위에서 센서를 정확하게 특성화해야 할 수도 있습니다. 이것은 특히 열전쌍과 같은 비선형 전달 기능이 높은 트랜스듀서의 경우 어려울 수 있습니다. 따라서 TEDS는 다른 교정 방법을 제공합니다. 교정 CURVE 템플릿은 트랜스듀서의 전기적-물리적 전달 함수를 설명하는 다분면 다항식 CURVE 지정합니다. 아래 표 3을 참조하십시오.
전체 함수는 계수와 거듭제곱의 배열로 각 부분을 정의하는 구간별 방식으로 설명됩니다. 예를 들어, CURVE [(3,1),(2,5),(1,-2),(0,1)]로 설명할 수 있습니다. 여기서 괄호 안에 있는 숫자는 (CalCurve_Power,CalCurve_Coef)로 해석됩니다. 이렇게 하면 다항식 함수 f(x) = x3 + 5x2 – 2x + 1이 됩니다. 아래 그림 2를 참조하십시오.
함수의 각 부분은 각 부분의 시작 값을 지정하는 CalCurve_PieceStart 파라미터에 의해 정렬됩니다. 각 부분은 CalCurve_PieceStart의 순차적인 값으로 둘러싸여 있으며, 이 값은 아래에서 닫히고 위에서 열립니다. 예를 들어, 위 그림의 부분 k 간격은 CalCurve_PieceStart _k를 포함하지만 CalCurve_PieceStart _k+1을 제외합니다. 여기서 PieceStart _k는 CalCurve_PieceStart 프로퍼티에 대해 읽은 k ^th 값을 지정합니다. 이 부분은 트랜스듀서의 전달 함수를 설명할 수 있는 다항식 중 하나입니다. 예를 들어, 많은 RTD는 측정 범위의 일부에 대해 선형 동작을, 나머지 부분에 대해 다항식 동작을 보여줍니다.

교정 CURVE 템플릿을 효과적으로 사용하려면, 여러 교정 포인트를 취한 후 다항식 CURVE 맞춰야 합니다. 이는 교정 테이블에 몇 개의 데이터 포인트를 수집하는 것보다 훨씬 더 많은 시간이 걸릴 수 있습니다. 그러나 단점은 정확도가 높아지고 교정된 값의 범위가 넓다는 것입니다.

일부 측정에서는 시간 영역 이상의 정보를 필요로 할 수도 있습니다. 트랜스듀서의 주파수 응답 전달 함수는 특히 마이크 및 가속도계에 유용합니다. 모든 진동 트랜스듀서의 주파수 응답은 측정값을 비교할 때 매우 중요합니다. 더 넓은 주파수 응답을 가진 센서는 더 좁은 대역폭 트랜스듀서보다 더 많은 진동을 감지합니다.

주파수 응답 테이블 템플릿은 주파수-진폭 쌍의 룩업 테이블이 있는 트랜스듀서의 주파수 응답 전달 함수를 지정합니다. CalTable 및 CalCurve 프로퍼티와 마찬가지로, TF_Table_Freq 및 TF_Table_Ampl은 진폭 대 주파수 전달 함수에서 데이터 포인트를 정의합니다. 아래 표 4 및 그림 3을 참조하십시오.


이러한 교정 템플릿의 조합은 모두 사용할 수 있지만, 각 교정 템플릿은 서로 다른 측정 타입에 맞게 조정됩니다. 교정 테이블은 좁은 범위의 트랜스듀서 측정값을 쉽게 정밀하게 특성화할 수 있습니다. 교정 커브는 이산 측정에서 다항식을 계산하기 때문에 더 많은 노력을 필요로 하더라도 센서의 범위를 완전히 지정합니다. 주파수 응답 테이블은 처음 두 가지 템플릿 중 하나와 결합하여 센서의 다이나믹 응답에 대한 더 자세한 정보를 제공할 수 있습니다.

열전쌍은 TEDS 교정 템플릿, 특히 교정 테이블 템플릿(ID 40)의 사용과 실용성을 보여주는 간단한 방법입니다. 위에서 언급한 것처럼, 이 템플릿은 전달 함수 CURVE 포인트를 지정하는 여러 값 세트(CalPoint_DomainValue 및 CalPoint_RangeValue)로 구성됩니다.

열전쌍의 일반적인 교정 포인트에는 물의 빙점(0°C), 물의 빙점(100°C), 270°C 등이 있습니다. 센서를 교정하려면 이 온도값을 대응하는 전압에 맵핑해야 합니다. 일관성과 표준화를 위해, 열전쌍의 데이터를 NIST로 추적 가능한 소스(이 예에서 SPRT (표준 백금 저항 온도계)와 비교해야 합니다. 그 후, 예상 온도와의 모든 편차를 교정 테이블에 기록할 수 있습니다.

예를 들어, SPRT가 온도 욕조에서 75°C를 읽고 열전쌍이 72°C를 읽는 경우, 열전쌍은 전체 범위(-260°C – 1372°C)에서 3°C 또는 .184% 떨어집니다. 마찬가지로, 72°C가 영역(-260°C – 1372°C)의 10.17%이기 때문에, CalPoint_DomainValue는 이 교정 포인트에서 10.17%와 같고 CalPoint_RangeValue은 .184%와 같습니다. 이 과정을 원하는 만큼 여러 교정 포인트에서 반복할 수 있습니다.

교정 데이터 포인트가 수집되면, 이를 열전쌍의 TEDS EEPROM에 작성하거나 버추얼 TEDS (VTEDS) 파일에 저장해야 합니다. 일반적으로, 데이터를 먼저 VTEDS 파일에 쓰고 EEPROM에 쓰기 전에 결과를 테스트하는 것이 좋습니다. LabVIEW 7.1용 TEDS 애드온 라이브러리는 TEDS 데이터를 생성하는데 필요한 VI를 제공합니다. 특히 NI 측정 ≫ TEDS ≫ 고급 TEDS 아래에 있는 Create New TEDS Template 팔레트에는 교정 템플릿 VI가 포함되어 있습니다. 아래 그림 4를 참조하십시오.

이 문서에는 TEDS VI에 대한 특정 정보가 포함되어 있지 않습니다. 더 자세한 정보와 완성된 예제는 관련 링크 섹션을 참조하십시오.

교정 데이터가 수집되고 파일에 기록되면 DAQmx Configure TEDS.vi를 사용하여 열전쌍을 사용하는 모든 측정에 적용할 수 있습니다. DAQmx 드라이버는 자동으로 교정 정보를 읽고 수집이 완료될 때까지 이를 이후의 모든 트랜스듀서 측정에 적용합니다. DAQmx TEDS 관련 VI는 NI 측정 ≫ DAQmx – 데이터 수집 ≫ DAQmx 고급 ≫ DAQmx TEDS 아래에 있습니다.

마지막 단계는 다른 데이터 수집 시스템에서 교정 데이터를 사용할 수 있도록 TEDS 데이터를 센서의 EEPROM에 쓰는 것입니다. DAQmx Write TEDS Data.vi (DAQmx 7.3부터 새로 출시)는 TEDS 2진 비트 스트림 또는 VTEDS 파일 경로를 입력으로 받습니다. 아래 그림 5를 참조하십시오.

TEDS를 사용한 열전쌍 교정의 더 자세한 예는 아래 관련 링크 섹션을 참조하십시오.

플러그 앤 센서의 장점은 다양합니다. 셋업 시간과 자동 설정을 단축하면 생산성이 향상되고 측정 시스템의 전체 비용이 절감됩니다. TEDS 인터페이스와 함께 제공되는 교정 템플릿은 센서를 개별적으로 특성화하는 방법을 제공합니다. 이러한 상세한 교정으로 인해 주어진 센서 타입에 대해 공개된 스펙을 초과하는 정확도가 높아질 수 있습니다. National Instruments는 데이터 수집 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한 TEDS 수집 시스템에 대한 완벽한 솔루션을 제공합니다. 자세한 정보는 아래 관련 링크를 참조하십시오.