Optimization of dewpoint calibration in a production environment

Abstract

This thesis aims to improve dewpoint calibration process by optimizing the time it takes to perform dewpoint calibrations in a dewpoint sensor production calibration, an optimized calibration process would produce a higher throughput while maintaining the desired measurement uncertainty. The optimizations are performed in the calibration software that executes the dewpoint calibration sequence, and any development of calibration hardware is outside the scope of this thesis. Two different approaches to optimizing the calibration time are explored.

The first optimization method focuses on increasing the rate of change of the measurement value of the device under test (DUT). This is done by implementing a two-stage calibration environment stabilization sequence, where the first causes a more rapid change in the calibration environment during calibration point stabilization by overshooting the calibration environment beyond the calibration setpoint. The second stage stabilizes the calibration environment to the calibration setpoint. Three different overshoot durations are tested and compared. The second optimization method focuses on optimizing the generation of the calibration environment by increasing the utilization rate of the humidity generator. Instrument data from test runs are analysed and generator idle times are reduced based on this data.

The test results show that the stability of the test data is significantly worse than the baseline, indicating that the first optimisation method is not directly applicable to production. However, the second method has the potential to reduce the calibration sequence execution time by 5 to 10%. The results of this thesis indicate that substantial optimizations can be made to a proven process with in-depth data analysis.

Tämän diplomityön tavoitteena on optimoida kalibrointiaikaa kastepisteantu-rien tuotantoprosessissa. Optimoidulla kalibrointiprosessilla saavutetaan tuotantoprosessiin parempi tuottavuus heikentämättä kalibroidun laitteen mittaustuloksen mittausepävarmuutta. Optimoinnit tehdään testisekvenssiin, jota suoritetaan testiohjelmalla. Mittauksissa käytettäviin instrumentteihin tai muihin mittalaitteisiin ei tehdä kehitystä tässä diplomityössä. Optimointeja tehdään kahden eri työhypoteesin perusteella. Ensimmäisen optimointimenetelmän tavoitteena on kasvattaa kalibroitavan mittalaitteen mittausarvon muutosnopeutta ja sen kautta lyhentää kalibrointipisteen mittaamiseen kuluvaa aikaa. Tämä tehdään muodostamalla kalibrointiolosuhde kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa kalibrointiolosuhteeseen yliajetaan kalibrointipisteen asetusarvoa kosteampi olosuhde. Toisessa vaiheessa olosuhde tasataan kalibrointipisteen asetusarvoon. Toisella optimointimenetelmällä parannetaan kalibrointilaitteiston olosuhdegeneraattorin käyttöastetta analysoimalla olosuhdegeneraattorin mittalaitteiden dataa. Tämän seurauksena olosuhdegeneraattorin joutoaika vähenee ja kalibrointisekvenssin kokonaisaika lyhenee.

Ensimmäisen optimointimenetelmän testidatan perusteella kyseinen menetelmä ei ole käytettävissä tuotantoprosessin optimointiin. Testidatasta ilmenee selvä kalibroitavan laitteen mittausarvojen epävakaus verrattaessa optimoimattomaan sekvenssiin. Toisen optimointimenetelmän testidata osoittaa sen soveltuvan tuotantoprosessiin mahdollistaen testisekvenssin testiajan lyhentämisen 5–10 prosentilla. Diplomityön tulokset osoittavat, että kalibrointiprosesseihin voidaan tehdä varteenotettavia parannuksia perusteellisella data-analyysillä.