I. Introduzione
L’acqua può accendere le candele, è vero?È vero!
È vero che i serpenti hanno paura del realgar?È falso!
Ciò di cui parleremo oggi è:
Le interferenze possono migliorare la precisione della misurazione, è vero?
In circostanze normali, l’interferenza è il nemico naturale della misurazione.Le interferenze ridurranno la precisione della misurazione.Nei casi più gravi, la misurazione non verrà eseguita normalmente.Da questo punto di vista, l’interferenza può migliorare la precisione della misurazione, il che è falso!
Tuttavia, è sempre così?Esiste una situazione in cui l'interferenza non riduce la precisione della misurazione, ma la migliora?
La risposta è si!
2. Accordo sull'interferenza
In combinazione con la situazione reale, stipuliamo il seguente accordo sull'interferenza:
- L'interferenza non contiene componenti DC.Nella misurazione effettiva, l'interferenza è principalmente un'interferenza CA e questa ipotesi è ragionevole.
- Rispetto alla tensione continua misurata, l'ampiezza dell'interferenza è relativamente piccola.Ciò è in linea con la situazione reale.
- L'interferenza è un segnale periodico, ovvero il valore medio è pari a zero entro un periodo di tempo fisso.Questo punto non è necessariamente vero nella misurazione effettiva.Tuttavia, poiché l'interferenza è generalmente un segnale CA a frequenza più elevata, per la maggior parte delle interferenze la convenzione della media zero è ragionevole per un periodo di tempo più lungo.
3. Precisione della misurazione in presenza di interferenze
La maggior parte degli strumenti di misura e dei misuratori elettrici ora utilizzano convertitori AD e la loro precisione di misurazione è strettamente correlata alla risoluzione del convertitore AD.In generale, i convertitori AD con risoluzione più elevata hanno una maggiore precisione di misurazione.
Tuttavia, la risoluzione dell’AD è sempre limitata.Supponendo che la risoluzione di AD sia di 3 bit e che la tensione di misurazione massima sia di 8 V, il convertitore AD equivale a una scala divisa in 8 divisioni, ciascuna divisione è 1 V.è 1V.Il risultato della misurazione di questo AD è sempre un numero intero e viene sempre riportata o scartata la parte decimale, che si presume sia riportata in questo documento.Il trasporto o lo smaltimento causeranno errori di misurazione.Ad esempio, 6,3 V è maggiore di 6 V e inferiore a 7 V.Il risultato della misurazione AD è 7 V e c'è un errore di 0,7 V.Chiamiamo questo errore errore di quantizzazione AD.
Per comodità di analisi, assumiamo che la scala (convertitore AD) non presenti altri errori di misurazione tranne l'errore di quantizzazione AD.
Ora utilizziamo queste due scale identiche per misurare le due tensioni continue mostrate nella Figura 1 senza interferenze (situazione ideale) e con interferenze.
Come mostrato nella Figura 1, la tensione CC effettiva misurata è 6,3 V e la tensione CC nella figura a sinistra non presenta alcuna interferenza ed è un valore costante.La figura a destra mostra la corrente continua disturbata dalla corrente alternata e si nota una certa fluttuazione nel valore.La tensione CC nel diagramma di destra è uguale alla tensione CC nel diagramma di sinistra dopo aver eliminato il segnale di interferenza.Il quadrato rosso nella figura rappresenta il risultato della conversione del convertitore AD.
Tensione CC ideale senza interferenze
Applicare una tensione continua interferente con valore medio pari a zero
Effettuare 10 misurazioni della corrente continua nei due casi della figura sopra, quindi calcolare la media delle 10 misurazioni.
La prima scala a sinistra viene misurata 10 volte e le letture sono sempre le stesse.A causa dell'influenza dell'errore di quantizzazione AD, ogni lettura è 7 V.Dopo aver calcolato la media di 10 misurazioni, il risultato è ancora 7 V.L'errore di quantizzazione AD è 0,7 V e l'errore di misurazione è 0,7 V.
La seconda scala a destra è cambiata radicalmente:
A causa della differenza tra positivo e negativo della tensione di interferenza e dell'ampiezza, l'errore di quantizzazione AD è diverso nei diversi punti di misurazione.Al variare dell'errore di quantizzazione AD, il risultato della misurazione AD cambia tra 6 V e 7 V.Sette misurazioni erano 7 V, solo tre erano 6 V e la media delle 10 misurazioni era 6,3 V!L'errore è 0V!
In effetti, nessun errore è impossibile, perché nel mondo oggettivo non esistono 6,3 V rigorosi!Esistono però effettivamente:
In assenza di interferenze, poiché ogni risultato di misurazione è lo stesso, dopo aver calcolato la media di 10 misurazioni, l'errore rimane invariato!
Quando c'è una quantità adeguata di interferenza, dopo aver calcolato la media di 10 misurazioni, l'errore di quantizzazione AD viene ridotto di un ordine di grandezza!La risoluzione è migliorata di un ordine di grandezza!Anche la precisione della misurazione è migliorata di un ordine di grandezza!
Le domande chiave sono:
È lo stesso anche quando la tensione misurata ha altri valori?
I lettori potrebbero voler seguire l'accordo sull'interferenza nella seconda sezione, esprimere l'interferenza con una serie di valori numerici, sovrapporre l'interferenza alla tensione misurata e quindi calcolare i risultati della misurazione di ciascun punto secondo il principio di trasporto del convertitore AD , quindi calcolare il valore medio per la verifica, purché l'ampiezza dell'interferenza possa causare la modifica della lettura dopo la quantizzazione AD e la frequenza di campionamento sia sufficientemente elevata (le modifiche dell'ampiezza dell'interferenza hanno un processo di transizione, anziché due valori di positivo e negativo ) e la precisione deve essere migliorata!
Si può dimostrare che finché la tensione misurata non è esattamente un numero intero (non esiste nel mondo oggettivo), ci sarà un errore di quantizzazione AD, non importa quanto grande sia l'errore di quantizzazione AD, purché l'ampiezza di Se l'interferenza è maggiore dell'errore di quantizzazione AD o maggiore della risoluzione minima di AD, il risultato della misurazione cambierà tra due valori adiacenti.Poiché l'interferenza è simmetrica positiva e negativa, l'entità e la probabilità di diminuzione e aumento sono uguali.Pertanto, quando il valore effettivo è più vicino a quale valore, la probabilità che il valore venga visualizzato è maggiore e sarà vicino a quale valore dopo la media.
Cioè: il valore medio di misurazioni multiple (il valore medio dell'interferenza è zero) deve essere più vicino al risultato della misurazione senza interferenze, ovvero utilizzando il segnale di interferenza CA con un valore medio pari a zero e calcolando la media di misurazioni multiple è possibile ridurre la quantizzazione AD equivalente errori, migliorare la risoluzione della misurazione AD e migliorare la precisione della misurazione!
Orario di pubblicazione: 13 luglio 2023
