Вступ
Вода може запалити свічки, це правда?Це правда!
Чи правда, що змії бояться реалгару?Це неправда!
Сьогодні ми обговоримо:
Перешкоди можуть підвищити точність вимірювань, це правда?
За звичайних обставин перешкоди є природним ворогом вимірювань.Перешкоди знижують точність вимірювань.У важких випадках вимірювання не буде виконано нормально.З цієї точки зору, перешкоди можуть підвищити точність вимірювань, що невірно!
Однак чи завжди це так?Чи існує ситуація, коли перешкоди не знижують точність вимірювання, а натомість покращують її?
Відповідь - так!
2. Угода про втручання
У поєднанні з фактичною ситуацією ми укладаємо таку угоду щодо втручання:
- Перешкоди не містять постійних компонентів.Під час фактичного вимірювання перешкодами є переважно перешкоди змінного струму, і це припущення є розумним.
- У порівнянні з виміряною напругою постійного струму амплітуда перешкод відносно мала.Це відповідає реальній ситуації.
- Перешкода – це періодичний сигнал або середнє значення дорівнює нулю протягом фіксованого періоду часу.Цей пункт не обов’язково відповідає фактичному вимірюванню.Однак, оскільки перешкоди, як правило, є високочастотним сигналом змінного струму, для більшості перешкод доцільним є нульове середнє значення для більш тривалого періоду часу.
3. Точність вимірювання в умовах інтерференції
Більшість електровимірювальних приладів і лічильників зараз використовують АЦП, і їх точність вимірювання тісно пов'язана з роздільною здатністю АЦП.Загалом, аналого-цифрові перетворювачі з вищою роздільною здатністю мають вищу точність вимірювань.
Однак роздільна здатність AD завжди обмежена.Припускаючи, що роздільна здатність AD становить 3 біти, а найвища напруга вимірювання становить 8 В, перетворювач AD еквівалентний шкалі, поділеній на 8 поділок, кожна поділка дорівнює 1 В.дорівнює 1В.Результат вимірювання цього AD завжди є цілим числом, а десяткова частина завжди переноситься або відкидається, що передбачається в цьому документі.Перенесення або викидання спричинить помилки вимірювання.Наприклад, 6,3 В більше ніж 6 В і менше ніж 7 В.Результат вимірювання AD становить 7 В, похибка 0,7 В.Ми називаємо цю помилку AD квантування помилкою.
Для зручності аналізу будемо вважати, що шкала (АЦП) не має інших похибок вимірювань, крім похибки квантування АЦП.
Тепер ми використовуємо такі дві ідентичні шкали для вимірювання двох напруг постійного струму, показаних на малюнку 1, без перешкод (ідеальна ситуація) і з перешкодами.
Як показано на малюнку 1, фактично виміряна напруга постійного струму становить 6,3 В, а напруга постійного струму на лівому малюнку не створює жодних перешкод і є постійним значенням.На малюнку праворуч показано постійний струм, збурений змінним струмом, і є певні коливання значення.Напруга постійного струму на правій діаграмі дорівнює напрузі постійного струму на лівій діаграмі після усунення сигналу перешкоди.Червоний квадрат на малюнку представляє результат перетворення AD конвертера.
Ідеальна напруга постійного струму без перешкод
Прикладіть заважаючу напругу постійного струму із середнім значенням нуля
Зробіть 10 вимірювань постійного струму в двох випадках на малюнку вище, а потім усередніть 10 вимірювань.
Перша шкала зліва вимірюється 10 разів, і показання щоразу однакові.Через вплив помилки квантування AD кожне показання становить 7 В.Після усереднення 10 вимірювань результат все ще становить 7 В.Похибка квантування AD становить 0,7 В, а похибка вимірювання — 0,7 В.
Друга шкала справа різко змінилася:
Через різницю в позитивних і негативних значеннях напруги перешкод і амплітуди, похибка квантування AD різна в різних точках вимірювання.При зміні похибки квантування AD результат вимірювання AD змінюється між 6 В і 7 В.Сім вимірювань були 7 В, лише три були 6 В, а середнє з 10 вимірювань було 6,3 В!Помилка 0В!
Насправді помилка неможлива, тому що в об'єктивному світі строгих 6,3 В не існує!Однак дійсно існують:
У разі відсутності перешкод, оскільки кожен результат вимірювання однаковий, після усереднення 10 вимірювань похибка залишається незмінною!
Коли є відповідна кількість перешкод, після усереднення 10 вимірювань помилка квантування AD зменшується на порядок!Роздільна здатність покращена на порядок!Точність вимірювання також покращена на порядок!
Ключові питання:
Чи однаково це, коли виміряна напруга має інші значення?
Читачі можуть забажати дотримуватися угоди щодо інтерференції у другому розділі, виразити інтерференцію за допомогою ряду числових значень, накласти інтерференцію на виміряну напругу, а потім обчислити результати вимірювання кожної точки відповідно до принципу переносу АЦП. , а потім обчисліть середнє значення для перевірки, якщо амплітуда перешкод може спричинити зміну показань після квантування AD, а частота дискретизації є достатньо високою (зміни амплітуди перешкод мають перехідний процес, а не два значення позитивного та негативного ), і точність потрібно підвищити!
Можна довести, що поки виміряна напруга не є точно цілим числом (вона не існує в об’єктивному світі), існуватиме помилка квантування AD, незалежно від того, наскільки великою є помилка квантування AD, доки амплітуда якщо перешкоди перевищують похибку квантування AD або перевищують мінімальну роздільну здатність AD, це спричинить зміну результату вимірювання між двома сусідніми значеннями.Оскільки інтерференція є позитивною та негативною симетричністю, величина та ймовірність зменшення та збільшення рівні.Тому, коли фактичне значення наближається до якого значення, ймовірність того, яке значення з’явиться, є більшою, і воно буде близьким до якого значення після усереднення.
Тобто: середнє значення кількох вимірювань (середнє значення перешкод дорівнює нулю) має бути ближчим до результату вимірювання без перешкод, тобто використання сигналу перешкод змінного струму із середнім значенням нуля та усереднення кількох вимірювань може зменшити еквівалент AD Quantize помилок, покращити роздільну здатність вимірювань AD і підвищити точність вимірювань!
Час публікації: 13 липня 2023 р
