¿Puedo mejorar la precisión de los sensores de temperatura LM35 promediando varios sensores?

Question

¿Puedo crear un supersensor promediando las lecturas de varios sensores LM35? ¿No sería esto más preciso porque estaría promediando el sesgo sistemático de los sensores individuales? Además, ¿no sería también más preciso, porque cualquier ruido se amortiguaría/ promediaría?

Esto parece casi demasiado bueno para ser verdad. Quiero decir, estas cosas son realmente baratas en lo que respecta a los sensores, así que ¿qué me impide comprar como 10 de ellos y hacer unos sensores de temperatura súper precisos con este método?

Answer 1

No se puede garantizar una mayor precisión, pero posiblemente se consiga una mejor relación señal/ruido.

Imagínese que todos los sensores tuvieran la misma desviación que la permitida en las especificaciones. Promediarlos no daría una mayor precisión. Si tuviera un número razonablemente grande de estos sensores y tuvieran una distribución aleatoria de errores dentro de su banda de error permitida, entonces obtendría una mayor precisión al promediar. Sin embargo, el problema es que no hay forma de saber si se trata del primer caso o del segundo. Si todas las unidades proceden del mismo lote de producción, es probable que sus errores no se distribuyan aleatoriamente.

Sin embargo, el ruido disminuye. Cada sensor añade algo de ruido a su lectura. Este ruido no está correlacionado con el de los demás sensores, por lo que la media reduce el ruido. Por supuesto, esto no es válido para el ruido procedente del exterior del sistema, ya que estaría correlacionado y la media de las lecturas de los distintos sensores no lo reduciría.

Tenga en cuenta que hay más de una manera de "promediar". Usted está pensando en promediar entre varios sensores para reducir el ruido. Sin embargo, dado que este ruido es esencialmente aleatorio, también se puede promediar entre múltiples lecturas del mismo sensor tomadas en diferentes momentos. En el caso más general, esto es realmente un filtrado de paso bajo. Dado que las temperaturas cambian lentamente, el filtrado agresivo de paso bajo de la salida de un sensor de temperatura reduce el ruido. Mirando esto en el espacio de la frecuencia, usted sabe que la temperatura cambia lentamente así que los componentes de alta frecuencia son ruido y pueden ser atenuados con seguridad.

Answer 2

Si los errores fueran aleatorios, se podría esperar una mejora de aproximadamente un factor de 3 para 10 sensores (la raíz cuadrada de 10). Pero es probable que haya errores sistemáticos que no se anulen.

• ¿Por qué se quiere una precisión superior a 0,5°C en primer lugar?

• ¿Qué temperatura quieres medir? Si tienes diez sensores no estarán todos en el mismo sitio. La mayoría de las veces será mejor conseguir uno de mayor precisión.

• ¿Tiene espacio para 10 sensores?

Es una buena idea hacer varias lecturas de un sensor.

Answer 3

Sí, el uso de múltiples sensores puede darle una media temperatura. Lo correcto de esa temperatura sigue siendo una incógnita.

Si el 50% de los sensores están por encima de la temperatura real, y el 50% por debajo, entonces obtendrá la temperatura real (o lo más parecido). Si el 75% está por encima y el 25% por debajo, entonces leerá la temperatura como más alta de lo que es.

Para obtener precisión, necesitarás alguna referencia con la que probar los sensores para obtener la temperatura real, normalmente una temperatura conocida con la que calibrar el sensor.

En cuanto a la cancelación de ruido, se puede hacer exactamente lo mismo con un sensor y muestreando varias veces y promediando los resultados.

Answer 4

Sólo para ser quisquilloso y añadir dos centavos a esta pregunta: si no te gustan las respuestas exigentes No leas esto o querrás matarme.

Dado que todos los sensores tienen algún sesgo interno, acabará por no ser súper preciso .

Si tienes un sensor y conoces su sesgo, puedes compensar sus lecturas y obtener la temperatura real. Y te limitarás a sus características (ejemplo: si es lineal en sus lecturas al cambiar la temperatura, o si los errores no son lineales... si es estable al pasar el tiempo, o no...).

Si tienes muchos sensores y los promedias, reducirás la diferencia entre la temperatura real y la medida, pero como cada uno tiene su propio error, la media siempre tendrá algún error. Para evitarlo, sólo si tienes exactamente el mismo número de sensores por encima y por debajo de la temperatura correcta, y sólo si están exactamente la misma cantidad por encima y por debajo...

Piense en ello como en el estándar internacional de masa: ¿qué es 1 kg? Es la masa de un cuerpo concreto, que se almacena en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. No es la media de muchos cuerpos...

Answer 5

Usted habla de "sesgo sistemático". Si suponemos que las lecturas de los sensores tienen una media y una desviación estándar, a medida que aumenta el tamaño de la muestra (número de sensores) la desviación estándar debería disminuir.

Por otra parte, si se toman múltiples lecturas del mismo sensor, la desviación estándar de las lecturas también debería reducirse.

En cuanto a la media, supongamos que cuando la temperatura exacta es de 80C y el sensor 1 puede leer 79C, el sensor 2 80C y el sensor 3 81C. En este caso el promedio de las lecturas da una respuesta de 80C mientras que de los 3 sensores individuales sólo uno tenía el valor correcto. Hay más cosas que considerar aquí, supongamos que el sensor 1 siempre lee 1C bajo mientras que el sensor 3 siempre lee 1C alto. Si pudieras determinar esto por comparación con una fuente precisa, entonces podrías corregir esta lectura de 1C baja para el sensor 1 en la post-conversión del software.

En términos prácticos, ¿cómo se montarían varios sensores para que todos estuvieran en contacto con el mismo punto exacto en el que se quiere medir la temperatura? En el caso de las lecturas de alta precisión, incluso una pequeña separación entre los sensores podría significar que estuvieran expuestos a diferentes temperaturas. En este caso, el promedio de las lecturas no arrojaría datos útiles sobre cuál era la temperatura en un punto concreto, sino sólo la media en un espacio determinado. Es como montar 4 termómetros en cada lado de la casa; es muy probable que el del lado soleado tenga una temperatura diferente a la del lado sombreado.