I. Introducere
Apa poate aprinde lumânări, este adevărat? Este adevărat!
Este adevărat că șerpii se tem de realgar? Este fals!
Ceea ce vom discuta astăzi este:
Interferența poate îmbunătăți precizia măsurătorii, este adevărat?
În circumstanțe normale, interferența este inamicul natural al măsurătorilor. Interferența va reduce precizia măsurătorilor. În cazuri grave, măsurătorile nu se vor efectua normal. Din această perspectivă, interferența poate îmbunătăți precizia măsurătorilor, ceea ce este fals!
Totuși, este întotdeauna așa? Există o situație în care interferența nu reduce precizia măsurătorii, ci, dimpotrivă, o îmbunătățește?
Răspunsul este da!
2. Acordul de interferență
Având în vedere situația reală, ajungem la următorul acord privind interferența:
- Interferența nu conține componente de curent continuu. În măsurarea reală, interferența este în principal interferență de curent alternativ, iar această presupunere este rezonabilă.
- Comparativ cu tensiunea continuă măsurată, amplitudinea interferenței este relativ mică. Acest lucru este în concordanță cu situația reală.
- Interferența este un semnal periodic, sau valoarea medie este zero într-o perioadă fixă de timp. Acest aspect nu este neapărat adevărat în măsurătorile reale. Cu toate acestea, deoarece interferența este în general un semnal alternativ de frecvență mai mare, pentru majoritatea interferențelor, convenția mediei zero este rezonabilă pentru o perioadă mai lungă de timp.
3. Precizia măsurării în condiții de interferență
Majoritatea instrumentelor de măsurare și contoarelor electrice utilizează acum convertoare AD, iar precizia măsurătorilor lor este strâns legată de rezoluția convertorului AD. În general, convertoarele AD cu rezoluție mai mare au o precizie de măsurare mai mare.
Cu toate acestea, rezoluția convertorului AD este întotdeauna limitată. Presupunând că rezoluția AD este de 3 biți și cea mai mare tensiune de măsurare este de 8V, convertorul AD este echivalent cu o scală împărțită în 8 diviziuni, fiecare diviziune fiind de 1V. Rezultatul măsurării acestui AD este întotdeauna un număr întreg, iar partea zecimală este întotdeauna preluată sau eliminată, ceea ce se presupune a fi preluat în această lucrare. Transmiterea sau eliminarea va cauza erori de măsurare. De exemplu, 6,3V este mai mare decât 6V și mai mic decât 7V. Rezultatul măsurării AD este de 7V, iar eroarea este de 0,7V. Numim această eroare eroare de cuantizare AD.
Pentru facilitarea analizei, presupunem că scala (convertorul AD) nu are alte erori de măsurare, cu excepția erorii de cuantizare AD.
Acum, folosim două scale identice pentru a măsura cele două tensiuni continue prezentate în Figura 1, atât fără interferențe (situația ideală), cât și cu interferențe.
După cum se arată în Figura 1, tensiunea continuă măsurată efectiv este de 6,3 V, iar tensiunea continuă din figura din stânga nu prezintă interferențe, fiind o valoare constantă. Figura din dreapta prezintă curentul continuu perturbat de curentul alternativ, existând o anumită fluctuație a valorii. Tensiunea continuă din diagrama din dreapta este egală cu tensiunea continuă din diagrama din stânga după eliminarea semnalului de interferență. Pătratul roșu din figură reprezintă rezultatul conversiei convertorului AD.
Tensiune DC ideală fără interferențe
Aplicați o tensiune continuă interferențială cu o valoare medie zero
Efectuați 10 măsurători ale curentului continuu în cele două cazuri din figura de mai sus, apoi calculați media celor 10 măsurători.
Prima scală din stânga este măsurată de 10 ori, iar citirile sunt aceleași de fiecare dată. Datorită influenței erorii de cuantizare AD, fiecare citire este de 7V. După media a 10 măsurători, rezultatul este tot 7V. Eroarea de cuantizare AD este de 0,7V, iar eroarea de măsurare este de 0,7V.
A doua scală din dreapta s-a schimbat dramatic:
Datorită diferenței dintre pozitiv și negativul tensiunii de interferență și amplitudine, eroarea de cuantizare AD este diferită în diferite puncte de măsurare. Sub modificarea erorii de cuantizare AD, rezultatul măsurătorii AD se modifică între 6V și 7V. Șapte dintre măsurători au fost de 7V, doar trei au fost de 6V, iar media celor 10 măsurători a fost de 6,3V! Eroarea este de 0V!
De fapt, nicio eroare nu este imposibilă, deoarece în lumea obiectivă nu există un 6,3V strict! Cu toate acestea, există într-adevăr:
În cazul în care nu există interferențe, deoarece rezultatul fiecărei măsurători este același, după media a 10 măsurători, eroarea rămâne neschimbată!
Când există o cantitate adecvată de interferență, după media a 10 măsurători, eroarea de cuantizare AD este redusă cu un ordin de mărime! Rezoluția este îmbunătățită cu un ordin de mărime! Precizia măsurătorii este, de asemenea, îmbunătățită cu un ordin de mărime!
Întrebările cheie sunt:
Este la fel și când tensiunea măsurată are alte valori?
Cititorii pot dori să urmeze acordul privind interferența din a doua secțiune, să exprime interferența cu o serie de valori numerice, să suprapună interferența peste tensiunea măsurată și apoi să calculeze rezultatele măsurării fiecărui punct conform principiului de transport al convertorului AD, și apoi să calculeze valoarea medie pentru verificare, atâta timp cât amplitudinea interferenței poate determina modificarea citirii după cuantizarea AD, iar frecvența de eșantionare este suficient de mare (modificările amplitudinii interferenței au un proces de tranziție, mai degrabă decât două valori pozitive și negative), iar precizia trebuie îmbunătățită!
Se poate demonstra că, atâta timp cât tensiunea măsurată nu este exact un număr întreg (nu există în lumea obiectivă), va exista o eroare de cuantizare AD, indiferent de cât de mare este eroarea de cuantizare AD, atâta timp cât amplitudinea interferenței este mai mare decât eroarea de cuantizare AD sau mai mare decât rezoluția minimă a AD, aceasta va determina modificarea rezultatului măsurării între două valori adiacente. Deoarece interferența este simetrică pozitivă și negativă, magnitudinea și probabilitatea de scădere și creștere sunt egale. Prin urmare, atunci când valoarea reală este mai aproape de o valoare, probabilitatea ca valoarea respectivă să apară este mai mare și va fi aproape de o valoare după mediere.
Adică: valoarea medie a mai multor măsurători (valoarea medie a interferenței este zero) trebuie să fie mai apropiată de rezultatul măsurătorii fără interferențe, adică utilizarea semnalului de interferență AC cu o valoare medie de zero și medierea măsurătorilor multiple poate reduce erorile de cuantizare AD echivalente, poate îmbunătăți rezoluția măsurătorilor AD și poate îmbunătăți precizia măsurătorii!
Data publicării: 13 iulie 2023
