I. Uvod
Voda lahko prižiga sveče, ali je res?Res je!
Je res, da se kače bojijo realgarja?To je laž!
Danes bomo razpravljali o tem:
Motnje lahko izboljšajo natančnost meritev, ali je res?
V normalnih okoliščinah so motnje naravni sovražnik merjenja.Motnje bodo zmanjšale natančnost meritev.V hudih primerih meritev ne bo izvedena normalno.S tega vidika lahko motnje izboljšajo natančnost meritev, kar je napačno!
Vendar, ali je vedno tako?Ali obstaja situacija, kjer motnje ne zmanjšajo natančnosti merjenja, temveč jo izboljšajo?
Odgovor je da!
2. Sporazum o posegih
V povezavi z dejanskim stanjem sklenemo naslednji dogovor o posegu:
- Interferenca ne vsebuje enosmernih komponent.Pri dejanski meritvi so motnje predvsem motnje izmeničnega toka in ta predpostavka je razumna.
- V primerjavi z izmerjeno enosmerno napetostjo je amplituda motenj razmeroma majhna.To je v skladu z dejanskim stanjem.
- Interferenca je periodični signal ali pa je srednja vrednost nič v določenem časovnem obdobju.Ta točka ni nujno resnična pri dejanski meritvi.Ker pa je motnja na splošno signal izmeničnega toka višje frekvence, je za večino motenj dogovor o ničelnem povprečju smiseln za daljše časovno obdobje.
3. Natančnost meritev pri motnjah
Večina električnih merilnih instrumentov in števcev zdaj uporablja AD pretvornike, njihova merilna natančnost pa je tesno povezana z ločljivostjo AD pretvornika.Na splošno imajo AD pretvorniki z višjo ločljivostjo višjo merilno natančnost.
Vendar pa je ločljivost AD vedno omejena.Ob predpostavki, da je ločljivost AD 3 bitov in je najvišja merilna napetost 8 V, je AD pretvornik enakovreden lestvici, razdeljeni na 8 razdelkov, vsak razdelek je 1 V.je 1V.Merilni rezultat tega AD je vedno celo število, decimalni del pa se vedno prenese ali zavrže, kar se v tem dokumentu predvideva.Prenašanje ali odlaganje povzroči napake pri meritvah.Na primer, 6,3 V je večje od 6 V in manjše od 7 V.Rezultat meritve AD je 7V, napaka pa je 0,7V.To napako imenujemo AD kvantizacijska napaka.
Zaradi udobja analize predpostavimo, da tehtnica (AD pretvornik) nima drugih merilnih napak razen napake kvantizacije AD.
Zdaj uporabljamo takšni dve enaki lestvici za merjenje dveh enosmernih napetosti, prikazanih na sliki 1, brez motenj (idealna situacija) in z motnjami.
Kot je prikazano na sliki 1, je dejanska izmerjena enosmerna napetost 6,3 V, enosmerna napetost na levi sliki pa ne povzroča motenj in je konstantna vrednost.Slika na desni prikazuje enosmerni tok, ki ga moti izmenični tok, in obstaja določeno nihanje vrednosti.Enosmerna napetost v desnem diagramu je enaka enosmerni napetosti v levem diagramu po odpravi signala motenj.Rdeči kvadrat na sliki predstavlja rezultat pretvorbe AD pretvornika.
Idealna enosmerna napetost brez motenj
Uporabite motečo enosmerno napetost s srednjo vrednostjo nič
Opravite 10 meritev enosmernega toka v dveh primerih na zgornji sliki in nato izračunajte povprečje 10 meritev.
Prva lestvica na levi je izmerjena 10-krat in odčitki so vsakič enaki.Zaradi vpliva napake kvantizacije AD je vsak odčitek 7 V.Po povprečju 10 meritev je rezultat še vedno 7V.Kvantizacijska napaka AD je 0,7 V, merilna napaka pa 0,7 V.
Druga lestvica na desni se je dramatično spremenila:
Zaradi razlike v pozitivni in negativni strani interferenčne napetosti in amplitude je napaka kvantizacije AD različna na različnih merilnih točkah.Pod spremembo napake kvantizacije AD se rezultat merjenja AD spremeni med 6V in 7V.Sedem meritev je bilo 7V, samo tri 6V, povprečje 10 meritev pa je bilo 6,3V!Napaka je 0V!
Pravzaprav nobena napaka ni nemogoča, saj v objektivnem svetu strogih 6,3 V ni!Vendar pa res obstajajo:
V primeru, da ni motenj, ker je vsak rezultat meritve enak, po povprečenju 10 meritev napaka ostane nespremenjena!
Ko obstaja ustrezna količina motenj, se po povprečju 10 meritev napaka kvantizacije AD zmanjša za red velikosti!Ločljivost je izboljšana za red velikosti!Tudi točnost meritev je izboljšana za red velikosti!
Ključna vprašanja so:
Ali je enako, če so izmerjene napetosti druge vrednosti?
Bralci bodo morda želeli slediti dogovoru o motnjah v drugem razdelku, izraziti motnjo z nizom numeričnih vrednosti, prekriti motnjo z izmerjeno napetostjo in nato izračunati rezultate meritev vsake točke v skladu z načelom prenosa AD pretvornika , in nato izračunajte povprečno vrednost za preverjanje, dokler lahko amplituda motenj povzroči spremembo odčitka po kvantizaciji AD in je frekvenca vzorčenja dovolj visoka (spremembe amplitude motenj imajo prehodni proces, namesto dveh vrednosti pozitivne in negativne ), natančnost pa je treba izboljšati!
Dokler izmerjena napetost ni natančno celo število (ne obstaja v objektivnem svetu), bo prišlo do napake kvantizacije AD, ne glede na to, kako velika je napaka kvantizacije AD, dokler je amplituda če je motnja večja od kvantizacijske napake AD ali večja od minimalne ločljivosti AD, bo povzročila spremembo merilnega rezultata med dvema sosednjima vrednostima.Ker je motnja pozitivna in negativna simetrična, sta velikost in verjetnost zmanjšanja in povečanja enaki.Ko je torej dejanska vrednost bližje kateri vrednosti, je verjetnost, katera vrednost se bo pojavila, večja in bo po povprečenju blizu kateri vrednosti.
To pomeni: srednja vrednost večkratnih meritev (povprečna vrednost motenj je nič) mora biti bližje merilnemu rezultatu brez motenj, kar pomeni, da lahko z uporabo interferenčnega signala izmeničnega toka s srednjo vrednostjo nič in povprečenjem več meritev zmanjšate enakovredno AD Quantize napake, izboljšajte ločljivost meritev AD in izboljšajte natančnost meritev!
Čas objave: 13. julij 2023
