I. Úvod
Voda může zapálit svíčky, je to pravda?To je pravda!
Je pravda, že se hadi bojí realgaru?Je to falešné!
To, o čem dnes budeme diskutovat, je:
Interference může zlepšit přesnost měření, je to pravda?
Za normálních okolností je rušení přirozeným nepřítelem měření.Rušení sníží přesnost měření.V závažných případech nebude měření prováděno normálně.Z tohoto pohledu může interference zlepšit přesnost měření, což je nesprávné!
Je tomu však tak vždy?Existuje situace, kdy interference nesnižuje přesnost měření, ale naopak ji zlepšuje?
Odpověď je ano!
2. Dohoda o rušení
V kombinaci se skutečnou situací uzavíráme následující dohodu o rušení:
- Rušení neobsahuje stejnosměrné složky.Při skutečném měření je rušení převážně střídavým rušením a tento předpoklad je rozumný.
- Ve srovnání s naměřeným stejnosměrným napětím je amplituda rušení relativně malá.To je v souladu se skutečným stavem.
- Interference je periodický signál nebo střední hodnota je nulová během pevně stanoveného časového období.Tento bod nemusí nutně platit při skutečném měření.Nicméně, protože rušení je obecně střídavý signál vyšší frekvence, pro většinu rušení je konvence nulového průměru rozumná pro delší časové období.
3. Přesnost měření při rušení
Většina elektrických měřicích přístrojů a měřičů dnes používá AD převodníky a jejich přesnost měření úzce souvisí s rozlišením AD převodníku.Obecně lze říci, že AD převodníky s vyšším rozlišením mají vyšší přesnost měření.
Rozlišení AD je však vždy omezené.Za předpokladu, že rozlišení AD je 3 bity a nejvyšší měřicí napětí je 8V, odpovídá AD převodník stupnici rozdělené na 8 dílků, každý dílek je 1V.je 1V.Výsledek měření tohoto AD je vždy celé číslo a desetinná část je vždy přenesena nebo vyřazena, což se předpokládá v tomto článku.Přenášení nebo vyhazování způsobí chyby měření.Například 6,3V je větší než 6V a menší než 7V.Výsledek měření AD je 7V a chyba je 0,7V.Tuto chybu nazýváme AD kvantizační chyba.
Pro usnadnění analýzy předpokládáme, že měřítko (AD převodník) nemá žádné jiné chyby měření kromě chyby kvantizace AD.
Nyní použijeme tyto dvě identické stupnice k měření dvou stejnosměrných napětí zobrazených na obrázku 1 bez rušení (ideální situace) as rušením.
Jak je znázorněno na obrázku 1, skutečné naměřené stejnosměrné napětí je 6,3 V a stejnosměrné napětí na levém obrázku nemá žádné rušení a má konstantní hodnotu.Na obrázku vpravo je znázorněn stejnosměrný proud rušený střídavým proudem a dochází k určitému kolísání hodnoty.Stejnosměrné napětí v pravém diagramu se po odstranění rušivého signálu rovná stejnosměrnému napětí v levém diagramu.Červený čtverec na obrázku představuje výsledek převodu AD převodníku.
Ideální stejnosměrné napětí bez rušení
Přiveďte rušivé stejnosměrné napětí se střední hodnotou nula
Proveďte 10 měření stejnosměrného proudu ve dvou případech na výše uvedeném obrázku a poté zprůměrujte 10 měření.
První stupnice vlevo se měří 10krát a hodnoty jsou pokaždé stejné.Vlivem chyby kvantizace AD je každé čtení 7V.Po zprůměrování 10 měření je výsledek stále 7V.Chyba kvantizace AD je 0,7 V a chyba měření je 0,7 V.
Druhá stupnice vpravo se dramaticky změnila:
V důsledku rozdílu v kladném a záporném pólu interferenčního napětí a amplitudy je chyba kvantování AD v různých bodech měření různá.Při změně chyby kvantizace AD se výsledek měření AD mění mezi 6V a 7V.Sedm z měření bylo 7V, pouze tři byla 6V a průměr z 10 měření byl 6,3V!Chyba je 0V!
Ve skutečnosti žádná chyba není nemožná, protože v objektivním světě neexistuje striktních 6,3V!Nicméně skutečně existují:
V případě žádné interference, protože každý výsledek měření je stejný, po zprůměrování 10 měření zůstane chyba nezměněna!
Pokud dojde k odpovídající míře interference, po zprůměrování 10 měření se chyba kvantizace AD sníží o řád!Rozlišení se zlepšilo o řád!Řádově je zlepšena i přesnost měření!
Klíčové otázky jsou:
Je to stejné, když je naměřené napětí jiné hodnoty?
Čtenáři mohou chtít dodržet dohodu o rušení ve druhé části, vyjádřit rušení řadou číselných hodnot, superponovat rušení na naměřené napětí a poté vypočítat výsledky měření každého bodu podle principu přenosu AD převodníku a poté vypočítejte průměrnou hodnotu pro ověření, pokud amplituda interference může způsobit změnu čtení po kvantování AD a vzorkovací frekvence je dostatečně vysoká (změny amplitudy interference mají proces přechodu, spíše než dvě hodnoty kladné a záporné ), a přesnost je třeba zlepšit!
Lze dokázat, že dokud měřené napětí není přesně celé číslo (v objektivním světě neexistuje), bude existovat chyba kvantování AD, bez ohledu na to, jak velká je chyba kvantování AD, pokud je amplituda interference je větší než chyba kvantizace AD nebo větší než minimální rozlišení AD, způsobí změnu výsledku měření mezi dvěma sousedními hodnotami.Protože interference je kladná a záporná symetrická, velikost a pravděpodobnost poklesu a nárůstu jsou stejné.Když se tedy skutečná hodnota blíží které hodnotě, pravděpodobnost, která hodnota se objeví, je větší a po zprůměrování se bude blížit které hodnotě.
To znamená: střední hodnota vícenásobných měření (střední hodnota interference je nulová) musí být blíže výsledku měření bez interference, to znamená, že pomocí signálu AC interference se střední hodnotou nula a zprůměrováním více měření lze snížit ekvivalentní AD Quantize chyby, zlepšit rozlišení měření AD a zlepšit přesnost měření!
Čas odeslání: 13. července 2023
