I. inleiding
Water kan kaarsen aansteken, is dat waar?Het is waar!
Is het waar dat slangen bang zijn voor realgar?Het is fout!
Wat we vandaag gaan bespreken is:
Interferentie kan de meetnauwkeurigheid verbeteren, is dat waar?
Onder normale omstandigheden is interferentie de natuurlijke vijand van meten.Interferentie zal de meetnauwkeurigheid verminderen.In ernstige gevallen zal de meting niet normaal worden uitgevoerd.Vanuit dit perspectief kan interferentie de meetnauwkeurigheid verbeteren, wat onjuist is!
Is dit echter altijd het geval?Bestaat er een situatie waarin interferentie de meetnauwkeurigheid niet vermindert, maar juist verbetert?
Het antwoord is ja!
2. Interferentieovereenkomst
Gecombineerd met de feitelijke situatie maken wij de volgende afspraak over de inmenging:
- Interferentie bevat geen DC-componenten.Bij de daadwerkelijke meting bestaat de interferentie voornamelijk uit AC-interferentie, en deze aanname is redelijk.
- Vergeleken met de gemeten gelijkspanning is de interferentieamplitude relatief klein.Dit komt overeen met de feitelijke situatie.
- Interferentie is een periodiek signaal, of de gemiddelde waarde is nul binnen een vaste tijdsperiode.Dit punt is niet noodzakelijkerwijs waar bij daadwerkelijke metingen.Omdat de interferentie echter over het algemeen een AC-signaal met een hogere frequentie is, is de conventie van nulgemiddelde voor de meeste interferenties redelijk voor een langere tijdsperiode.
3. Meetnauwkeurigheid onder interferentie
De meeste elektrische meetinstrumenten en meters maken nu gebruik van AD-converters, en hun meetnauwkeurigheid hangt nauw samen met de resolutie van de AD-converter.Over het algemeen hebben AD-converters met een hogere resolutie een hogere meetnauwkeurigheid.
De resolutie van AD is echter altijd beperkt.Ervan uitgaande dat de resolutie van AD 3 bits is en de hoogste meetspanning 8V is, komt de AD-omzetter overeen met een schaal die is verdeeld in 8 divisies, waarbij elke divisie 1V is.is 1V.Het meetresultaat van deze AD is altijd een geheel getal, en het decimale deel wordt altijd meegenomen of weggelaten, wat in dit artikel wordt verondersteld te zijn meegenomen.Dragen of weggooien veroorzaakt meetfouten.6,3V is bijvoorbeeld groter dan 6V en kleiner dan 7V.Het AD-meetresultaat is 7V en er is een fout van 0,7V.We noemen deze fout AD-kwantisatiefout.
Voor het gemak van de analyse gaan we ervan uit dat de weegschaal (AD-converter) geen andere meetfouten heeft dan de AD-kwantiseringsfout.
Nu gebruiken we zulke twee identieke schalen om de twee gelijkspanningen getoond in Figuur 1 te meten zonder interferentie (ideale situatie) en met interferentie.
Zoals weergegeven in figuur 1 is de werkelijk gemeten gelijkspanning 6,3 V, en de gelijkspanning in de linkerfiguur vertoont geen enkele interferentie en heeft een constante waarde.De figuur rechts toont de gelijkstroom die wordt verstoord door de wisselstroom, en er is een zekere fluctuatie in de waarde.De gelijkspanning in het rechter diagram is na eliminatie van het stoorsignaal gelijk aan de gelijkspanning in het linker diagram.Het rode vierkant in de afbeelding vertegenwoordigt het conversieresultaat van de AD-converter.
Ideale gelijkspanning zonder interferentie
Breng een storende gelijkspanning aan met een gemiddelde waarde van nul
Voer 10 metingen uit van de gelijkstroom in de twee gevallen in de bovenstaande afbeelding, en bereken vervolgens het gemiddelde van de 10 metingen.
De eerste schaal aan de linkerkant wordt 10 keer gemeten en de meetwaarden zijn elke keer hetzelfde.Vanwege de invloed van de AD-kwantiseringsfout is elke meting 7V.Nadat 10 metingen zijn gemiddeld, is het resultaat nog steeds 7V.De AD-kwantiseringsfout is 0,7 V en de meetfout is 0,7 V.
De tweede schaal aan de rechterkant is dramatisch veranderd:
Vanwege het verschil in positief en negatief van de interferentiespanning en de amplitude is de AD-kwantiseringsfout op verschillende meetpunten verschillend.Onder de verandering van de AD-kwantiseringsfout verandert het AD-meetresultaat tussen 6V en 7V.Zeven van de metingen waren 7V, slechts drie waren 6V en het gemiddelde van de 10 metingen was 6,3V!De fout is 0V!
In feite is geen enkele fout onmogelijk, omdat er in de objectieve wereld geen strikte 6,3 V bestaat!Er zijn echter wel degelijk:
Als er geen interferentie is, omdat elk meetresultaat hetzelfde is, blijft de fout na het middelen van 10 metingen onveranderd!
Wanneer er een passende hoeveelheid interferentie is, wordt de AD-kwantiseringsfout, nadat het gemiddelde van 10 metingen is berekend, met een orde van grootte verminderd!De resolutie is met een orde van grootte verbeterd!De meetnauwkeurigheid wordt bovendien met een orde van grootte verbeterd!
De belangrijkste vragen zijn:
Is het hetzelfde als de gemeten spanning andere waarden heeft?
Lezers willen wellicht de overeenkomst over interferentie in het tweede deel volgen, de interferentie uitdrukken in een reeks numerieke waarden, de interferentie over de gemeten spanning heen leggen en vervolgens de meetresultaten van elk punt berekenen volgens het carry-principe van de AD-omzetter. en bereken vervolgens de gemiddelde waarde voor verificatie, zolang de interferentieamplitude ervoor kan zorgen dat de uitlezing na AD-kwantisering verandert, en de bemonsteringsfrequentie hoog genoeg is (veranderingen in de interferentieamplitude hebben een overgangsproces, in plaats van twee waarden van positieve en negatieve ), en de nauwkeurigheid moet worden verbeterd!
Er kan worden bewezen dat zolang de gemeten spanning niet precies een geheel getal is (deze bestaat niet in de objectieve wereld), er een AD-kwantiseringsfout zal zijn, ongeacht hoe groot de AD-kwantiseringsfout is, zolang de amplitude van de interferentie groter is dan de AD-kwantiseringsfout of groter dan de minimale resolutie van AD, zal ervoor zorgen dat het meetresultaat verandert tussen twee aangrenzende waarden.Omdat de interferentie positief en negatief symmetrisch is, zijn de omvang en waarschijnlijkheid van afname en toename gelijk.Wanneer de werkelijke waarde dus dichter bij welke waarde ligt, is de kans groter dat welke waarde zal verschijnen, en zal deze na middeling dicht bij welke waarde liggen.
Dat wil zeggen: de gemiddelde waarde van meerdere metingen (gemiddelde interferentiewaarde is nul) moet dichter bij het meetresultaat liggen zonder interferentie, dat wil zeggen dat het gebruik van het AC-interferentiesignaal met een gemiddelde waarde van nul en het middelen van meerdere metingen de equivalente AD Quantize kan verminderen fouten, verbeter de AD-meetresolutie en verbeter de meetnauwkeurigheid!
Posttijd: 13 juli 2023
