I. Johdanto
Vesi voi sytyttää kynttilöitä, onko totta?Se on totta!
Onko totta, että käärmeet pelkäävät realgaria?Se on valhetta!
Keskustelemme tänään seuraavista asioista:
Häiriöt voivat parantaa mittaustarkkuutta, onko totta?
Normaalioloissa häiriö on mittauksen luonnollinen vihollinen.Häiriöt heikentävät mittaustarkkuutta.Vakavissa tapauksissa mittausta ei suoriteta normaalisti.Tästä näkökulmasta häiriöt voivat parantaa mittaustarkkuutta, mikä on väärin!
Onko näin kuitenkin aina?Onko olemassa tilannetta, jossa häiriö ei vähennä mittaustarkkuutta, vaan parantaa sitä?
Vastaus on kyllä!
2. Häiriösopimus
Yhdistettynä todelliseen tilanteeseen teemme seuraavan sopimuksen häiriöstä:
- Häiriöt eivät sisällä DC-komponentteja.Varsinaisessa mittauksessa häiriö on pääasiassa AC-häiriötä, ja tämä oletus on perusteltu.
- Verrattuna mitattuun tasajännitteeseen häiriön amplitudi on suhteellisen pieni.Tämä on linjassa todellisen tilanteen kanssa.
- Häiriö on jaksollinen signaali tai keskiarvo on nolla tietyn ajanjakson sisällä.Tämä kohta ei välttämättä pidä paikkaansa varsinaisessa mittauksessa.Koska häiriö on kuitenkin yleensä korkeampitaajuinen AC-signaali, useimmille häiriöille nollakeskiarvon sopimus on kohtuullinen pidemmäksi ajaksi.
3. Mittaustarkkuus häiriön alaisena
Suurin osa sähköisistä mittalaitteista ja mittareista käyttää nykyään AD-muuntimia, ja niiden mittaustarkkuus liittyy läheisesti AD-muuntimen resoluutioon.Yleisesti ottaen AD-muuntimilla, joilla on korkeampi resoluutio, on suurempi mittaustarkkuus.
AD:n resoluutio on kuitenkin aina rajoitettu.Olettaen, että AD:n resoluutio on 3 bittiä ja korkein mittausjännite on 8V, AD-muunnin vastaa asteikkoa, joka on jaettu 8 jakoon, jokainen jako on 1V.on 1V.Tämän AD:n mittaustulos on aina kokonaisluku, ja desimaaliosa kuljetetaan tai hylätään aina, mikä tässä työssä oletetaan kuljetettavaksi.Kantaminen tai hävittäminen aiheuttaa mittausvirheitä.Esimerkiksi 6,3 V on suurempi kuin 6 V ja alle 7 V.AD-mittaustulos on 7V ja virhe 0,7V.Kutsumme tätä virhettä AD-kvantisointivirheeksi.
Analyysin helpottamiseksi oletetaan, että asteikolla (AD-muuntimella) ei ole muita mittausvirheitä kuin AD-kvantisointivirhe.
Nyt käytämme kahta identtistä asteikkoa mittaamaan kahta kuvan 1 mukaista tasajännitettä ilman häiriöitä (ideaalitilanne) ja häiriöineen.
Kuten kuvasta 1 näkyy, todellinen mitattu tasajännite on 6,3 V, ja vasemman kuvan tasajännitteellä ei ole häiriöitä ja se on arvoltaan vakioarvo.Oikeanpuoleinen kuva esittää vaihtovirran häiritsemää tasavirtaa ja arvossa on tietty vaihtelu.Oikean kaavion tasajännite on yhtä suuri kuin vasemman kaavion tasajännite häiriösignaalin poistamisen jälkeen.Kuvan punainen neliö edustaa AD-muuntimen muunnostulosta.
Ihanteellinen tasajännite ilman häiriöitä
Käytä häiritsevää tasajännitettä, jonka keskiarvo on nolla
Tee 10 mittausta tasavirrasta yllä olevan kuvan kahdessa tapauksessa ja laske sitten 10 mittauksesta keskiarvo.
Ensimmäinen vasemmalla oleva asteikko mitataan 10 kertaa ja lukemat ovat joka kerta samat.AD-kvantisointivirheen vaikutuksesta jokainen lukema on 7V.Kun 10 mittauksen keskiarvo on laskettu, tulos on edelleen 7V.AD-kvantisointivirhe on 0,7 V ja mittausvirhe 0,7 V.
Toinen oikealla oleva asteikko on muuttunut dramaattisesti:
Häiriöjännitteen ja amplitudin positiivisen ja negatiivisen eron vuoksi AD-kvantisointivirhe on erilainen eri mittauspisteissä.AD-kvantisointivirheen muutoksen alaisena AD-mittaustulos muuttuu välillä 6V ja 7V.Mittauksista seitsemän oli 7V, vain kolme 6V ja 10 mittauksen keskiarvo oli 6,3V!Virhe on 0V!
Itse asiassa mikään virhe ei ole mahdotonta, koska objektiivisessa maailmassa ei ole tiukkaa 6.3V!Niitä on kuitenkin todellakin:
Jos häiriötä ei esiinny, koska jokainen mittaustulos on sama, 10 mittauksen keskiarvon jälkeen virhe pysyy ennallaan!
Kun häiriötä on sopiva määrä, 10 mittauksen keskiarvon laskemisen jälkeen AD-kvantisointivirhe pienenee suuruusluokkaa!Resoluutio on parantunut suuruusluokkaa!Myös mittaustarkkuus paranee suuruusluokkaa!
Keskeiset kysymykset ovat:
Onko sama, kun mitattu jännite on muita arvoja?
Lukijat voivat haluta noudattaa toisessa osiossa olevaa häiriösopimusta, ilmaista häiriö numeroarvojen sarjalla, liittää häiriön mitattuun jännitteeseen ja laskea sitten kunkin pisteen mittaustulokset AD-muuntimen kantoperiaatteen mukaisesti. ja laske sitten keskimääräinen arvo todentamista varten, kunhan häiriöamplitudi voi aiheuttaa lukeman muuttumisen AD-kvantisoinnin jälkeen ja näytteenottotaajuus on riittävän korkea (häiriöamplitudin muutoksilla on siirtymäprosessi kahden positiivisen ja negatiivisen arvon sijaan ), ja tarkkuutta on parannettava!
Voidaan todistaa, että niin kauan kuin mitattu jännite ei ole tarkalleen kokonaisluku (se ei ole olemassa objektiivisessa maailmassa), tulee AD-kvantisointivirhe riippumatta siitä, kuinka suuri AD-kvantisointivirhe on, niin kauan kuin amplitudi häiriö on suurempi kuin AD-kvantisointivirhe tai suurempi kuin AD:n minimiresoluutio, se saa mittaustuloksen muuttumaan kahden vierekkäisen arvon välillä.Koska häiriö on positiivinen ja negatiivinen symmetrinen, pienenemisen ja lisääntymisen suuruus ja todennäköisyys ovat samat.Siksi, kun todellinen arvo on lähempänä mitä arvoa, todennäköisyys, että arvo ilmestyy, on suurempi ja se on lähellä mitä arvoa keskiarvon laskemisen jälkeen.
Eli: useiden mittausten keskiarvon (häiriön keskiarvo on nolla) on oltava lähempänä mittaustulosta ilman häiriöitä, eli AC-häiriösignaalin käyttäminen keskiarvon nollalla ja useiden mittausten keskiarvon laskeminen voi vähentää vastaavaa AD-kvantisointia. virheitä, parantaa AD-mittauksen resoluutiota ja parantaa mittaustarkkuutta!
Postitusaika: 13.7.2023
