Posso melhorar a precisão dos sensores de temperatura LM35 calculando a média de vários sensores?

Posso criar um super sensor calculando a média das leituras de vários sensores LM35? Isso não seria mais preciso, porque eu estaria calculando a média do viés sistemático nos sensores individuais? Além disso, não seria mais preciso também, porque qualquer ruído será atenuado / calculado a média?

Isso parece bom demais para ser verdade. Quero dizer, essas coisas são realmente baratas no que diz respeito aos sensores, então o que me impede de comprar 10 deles e criar sensores de temperatura super precisos com esse método?

Você não pode garantir mais precisão, mas pode obter uma melhor relação sinal / ruído.

Imagine se todos os sensores estivessem desligados na mesma quantidade permitida nas especificações. A média dos mesmos não produziria melhor precisão. Se você tivesse um número razoavelmente grande desses sensores e eles tivessem uma distribuição aleatória de erros dentro da faixa de erros permitidos, obteria melhor precisão calculando a média. No entanto, o problema é que você não tem como saber se você tem o primeiro caso ou o segundo. Se todas as unidades forem do mesmo lote de produção, é provável que seus erros não sejam distribuídos aleatoriamente.

O barulho diminui, no entanto. Cada sensor adiciona algum ruído à sua leitura. Isso não está correlacionado com o ruído dos outros sensores; portanto, a média diminui o ruído. É claro que isso não se aplica ao ruído proveniente de fora de todo o sistema, pois isso seria correlacionado e a média de várias leituras do sensor não o reduzirá.

Observe que há mais de uma maneira de "média". Você está pensando em calcular a média de vários sensores para reduzir o ruído. No entanto, como esse ruído é essencialmente aleatório, você também pode calcular a média entre várias leituras do mesmo sensor obtidas em momentos diferentes. No caso mais geral, essa é realmente a filtragem de passa-baixo. Como as temperaturas mudam lentamente, a filtragem agressivamente baixa da saída de um sensor de temperatura reduz o ruído. Observando isso no espaço de frequência, você sabe que a temperatura muda lentamente, de modo que os componentes de alta frequência são ruídos e podem ser atenuados com segurança.

Sim, o uso de vários sensores pode fornecer uma temperatura média . Quão correta essa temperatura ainda está em questão.

Se 50% dos sensores estiverem acima da temperatura real e 50% abaixo, você obterá a temperatura real (ou tão boa quanto). Se 75% estiverem acima e 25% estiverem abaixo, você lerá a temperatura como mais alta do que é.

Para precisão, você precisará de alguma referência para testar os sensores e obter a temperatura real - geralmente uma temperatura conhecida para calibrar o sensor.

Quanto ao cancelamento de ruído, você pode fazer exatamente a mesma coisa com um sensor e amostrá-lo várias vezes e calcular a média dos resultados.

Se os erros fossem aleatórios, você poderia esperar uma melhoria de cerca de um fator de 3 para 10 sensores (a raiz quadrada de 10). Mas é provável que haja erros sistemáticos que não seriam cancelados.

• Por que você deseja uma precisão melhor que 0,5 ° C?

• Qual temperatura você quer medir? Se você tiver dez sensores, eles não estarão todos no mesmo lugar. Na maioria das vezes, é melhor obter uma precisão mais alta.

• Você ainda tem espaço para 10 sensores?

É uma boa ideia fazer várias leituras de um sensor.

Você fala de "viés sistemático". Se fizermos a suposição geralmente razoável de que as leituras dos sensores têm uma média e desvio padrão, então à medida que o tamanho da amostra (número de sensores) aumenta, o desvio padrão deve diminuir.

Então, novamente, se alguém fizer várias leituras do mesmo sensor, o desvio padrão das leituras também deverá ser reduzido.

Quanto à média, suponha que quando a temperatura exata for 80C e o sensor 1 possa ler 79C, o sensor 2 80C e o sensor 3 81C. Nesse caso, a média das leituras fornece uma resposta de 80 ° C, enquanto dos três sensores individuais apenas um tinha o valor correto. Há mais a considerar aqui, suponha que o sensor 1 sempre leia 1C baixo enquanto o sensor 3 sempre leia 1C alto. Se você conseguiu determinar isso comparando com uma fonte precisa, poderá corrigir essa leitura baixa de 1C para o sensor 1 na conversão pós-software.

Em termos práticos, como você montaria vários sensores para que todos estivessem em contato exatamente com o mesmo ponto em que deseja medir a temperatura? Para leituras de alta precisão, mesmo uma pequena separação entre os sensores pode significar que eles estão sendo expostos a diferentes temperaturas. Nesse caso, a média das leituras não produziria dados úteis sobre qual era a temperatura em um ponto específico, apenas a média em algum espaço. É como montar 4 termômetros de cada lado da sua casa; é altamente provável que a temperatura do lado ensolarado tenha uma temperatura diferente da temperatura do lado sombrio.

Só para ser exigente e adicionar 2 centavos a esta pergunta: se você não gosta de respostas exigentes , nem leia esta aqui ou você vai querer me matar.

Como todos os sensores têm algum viés interno, você nunca será superpreciso .

Se você possui um sensor e conhece seu viés, pode compensar suas leituras e obter a temperatura real. E você ficará limitado às suas características (exemplo: se é linear em suas leituras conforme a temperatura muda, ou se os erros não são lineares ... se é estável com o passar do tempo, ou não ...).

Se você tiver muitos sensores e calculá-los pela média, diminuirá a diferença entre a temperatura real e a medida, mas como cada um tem seu próprio erro, a média sempre terá algum erro. Para evitar isso, somente se você tiver exatamente o mesmo número de sensores acima e abaixo da temperatura correta e somente se eles tiverem exatamente a mesma quantidade acima e abaixo ...

Pense nisso como o padrão internacional de massa: o que é 1 kg? É a massa de um corpo específico, armazenada no Bureau Internacional de Pesos e Medidas. Não é a média de muitos corpos ...