I. Innledning
Vann kan tenne lys, er det sant? Det er sant!
Er det sant at slanger er redde for realgar? Det er usant!
Det vi skal diskutere i dag er:
Interferens kan forbedre målenøyaktigheten, er det sant?
Under normale omstendigheter er interferens målingens naturlige fiende. Interferens vil redusere målenøyaktigheten. I alvorlige tilfeller vil ikke målingen utføres normalt. Fra dette perspektivet kan interferens forbedre målenøyaktigheten, noe som er feil!
Men er dette alltid tilfelle? Finnes det en situasjon der interferens ikke reduserer målenøyaktigheten, men i stedet forbedrer den?
Svaret er ja!
2. Avtale om innblanding
Kombinert med den faktiske situasjonen inngår vi følgende avtale om innblandingen:
- Interferens inneholder ikke likestrømskomponenter. I den faktiske målingen er interferensen hovedsakelig vekselstrømsinterferens, og denne antagelsen er rimelig.
- Sammenlignet med den målte likespenningen er interferensamplituden relativt liten. Dette er i tråd med den faktiske situasjonen.
- Interferens er et periodisk signal, eller middelverdien er null innenfor en fast tidsperiode. Dette punktet er ikke nødvendigvis sant i faktisk måling. Men siden interferensen generelt er et vekselstrømssignal med høyere frekvens, er konvensjonen om null middelverdi rimelig for de fleste interferenser over en lengre tidsperiode.
3. Målenøyaktighet under interferens
De fleste elektriske måleinstrumenter og målere bruker nå AD-omformere, og målenøyaktigheten deres er nært knyttet til oppløsningen til AD-omformeren. Generelt sett har AD-omformere med høyere oppløsning høyere målenøyaktighet.
Oppløsningen til AD er imidlertid alltid begrenset. Forutsatt at oppløsningen til AD er 3 bit og den høyeste målespenningen er 8 V, tilsvarer AD-omformeren en skala delt inn i 8 divisjoner, hver divisjon er 1 V. er 1 V. Måleresultatet for denne AD er alltid et heltall, og desimaldelen blir alltid båret eller forkastet, noe som antas å bli båret i denne artikkelen. Bære eller forkaste vil forårsake målefeil. For eksempel er 6,3 V større enn 6 V og mindre enn 7 V. AD-måleresultatet er 7 V, og det er en feil på 0,7 V. Vi kaller denne feilen AD-kvantiseringsfeil.
For enkelhets skyld i analysen antar vi at skalaen (AD-omformeren) ikke har noen andre målefeil bortsett fra AD-kvantiseringsfeilen.
Nå bruker vi to slike identiske skalaer til å måle de to likespenningene vist i figur 1 uten interferens (ideell situasjon) og med interferens.
Som vist i figur 1 er den faktiske målte likespenningen 6,3 V, og likespenningen i figuren til venstre har ingen interferens, og den har en konstant verdi. Figuren til høyre viser likestrømmen forstyrret av vekselstrømmen, og det er en viss svingning i verdien. Likespenningen i diagrammet til høyre er lik likespenningen i diagrammet til venstre etter at interferenssignalet er eliminert. Den røde firkanten i figuren representerer konverteringsresultatet til AD-omformeren.
Ideell likespenning uten forstyrrelser
Påfør en interfererende likespenning med en middelverdi på null
Gjør 10 målinger av likestrømmen i de to tilfellene i figuren ovenfor, og beregn deretter gjennomsnittet av de 10 målingene.
Den første skalaen til venstre måles 10 ganger, og avlesningene er de samme hver gang. På grunn av påvirkningen fra AD-kvantiseringsfeilen er hver avlesning 7 V. Etter at gjennomsnittet av 10 målinger er beregnet, er resultatet fortsatt 7 V. AD-kvantiseringsfeilen er 0,7 V, og målefeilen er 0,7 V.
Den andre skalaen til høyre har endret seg dramatisk:
På grunn av forskjellen i positiv og negativ pol i interferensspenningen og amplituden, er AD-kvantiseringsfeilen forskjellig ved forskjellige målepunkter. Ved endring av AD-kvantiseringsfeilen endres AD-måleresultatet mellom 6 V og 7 V. Syv av målingene var 7 V, bare tre var 6 V, og gjennomsnittet av de 10 målingene var 6,3 V! Feilen er 0 V!
Faktisk er ingen feil umulige, for i den objektive verden finnes det ingen streng 6,3V! Det finnes imidlertid:
Dersom det ikke er noen interferens, siden hvert måleresultat er det samme, forblir feilen uendret etter gjennomsnittsberegning av 10 målinger!
Når det er en passende mengde interferens, reduseres AD-kvantiseringsfeilen med en størrelsesorden etter at 10 målinger er gjennomsnittliggjort! Oppløsningen forbedres med en størrelsesorden! Målenøyaktigheten forbedres også med en størrelsesorden!
De viktigste spørsmålene er:
Er det det samme når den målte spenningen har andre verdier?
Leserne kan ønske å følge avtalen om interferens i den andre delen, uttrykke interferensen med en serie numeriske verdier, legge interferensen over den målte spenningen, og deretter beregne måleresultatene for hvert punkt i henhold til AD-omformerens bæreprinsipp, og deretter beregne gjennomsnittsverdien for verifisering, så lenge interferensamplituden kan føre til at avlesningen etter AD-kvantisering endres, og samplingsfrekvensen er høy nok (endringer i interferensamplitude har en overgangsprosess, snarere enn to verdier av positiv og negativ), og nøyaktigheten må forbedres!
Det kan bevises at så lenge den målte spenningen ikke er nøyaktig et heltall (den eksisterer ikke i den objektive verden), vil det være en AD-kvantiseringsfeil, uansett hvor stor AD-kvantiseringsfeilen er. Så lenge amplituden til interferensen er større enn AD-kvantiseringsfeilen eller større enn minimumsoppløsningen til AD, vil det føre til at måleresultatet endres mellom to tilstøtende verdier. Siden interferensen er positiv og negativ symmetrisk, er størrelsen og sannsynligheten for reduksjon og økning like. Derfor, når den faktiske verdien er nærmere hvilken verdi, er sannsynligheten for hvilken verdi som vil vises større, og den vil være nær hvilken verdi etter gjennomsnittsberegning.
Det vil si: gjennomsnittsverdien av flere målinger (interferensmiddelverdien er null) må være nærmere måleresultatet uten interferens, det vil si at bruk av AC-interferenssignalet med en middelverdi på null og gjennomsnittsberegning av flere målinger kan redusere de ekvivalente AD-kvantiseringsfeilene, forbedre AD-målingsoppløsningen og forbedre målenøyaktigheten!
Publisert: 13. juli 2023
