I. Introdución
A auga pode acender candeas, é certo? É certo!
É certo que as serpes teñen medo ao reálgar? É falso!
O que imos tratar hoxe é:
A interferencia pode mellorar a precisión da medición, é certo?
En circunstancias normais, a interferencia é o inimigo natural da medición. A interferencia reducirá a precisión da medición. En casos graves, a medición non se levará a cabo con normalidade. Desde esta perspectiva, a interferencia pode mellorar a precisión da medición, o cal é falso!
Non obstante, é sempre así? Existe algunha situación na que a interferencia non reduza a precisión da medición, senón que a mellore?
A resposta é si!
2. Acordo de interferencia
En combinación coa situación real, chegamos ao seguinte acordo sobre a interferencia:
- A interferencia non contén compoñentes de corrente continua. Na medición real, a interferencia é principalmente interferencia de corrente alterna, e esta suposición é razoable.
- En comparación coa tensión continua medida, a amplitude da interferencia é relativamente pequena. Isto está en consonancia coa situación real.
- A interferencia é un sinal periódico, ou o valor medio é cero dentro dun período de tempo fixo. Este punto non é necesariamente certo na medición real. Non obstante, dado que a interferencia é xeralmente un sinal de CA de maior frecuencia, para a maioría das interferencias, o convenio de media cero é razoable para un período de tempo máis longo.
3. Precisión da medición baixo interferencias
A maioría dos instrumentos de medición e medidores eléctricos empregan hoxe en día convertidores AD, e a súa precisión de medición está estreitamente relacionada coa resolución do convertidor AD. En xeral, os convertidores AD con maior resolución teñen unha maior precisión de medición.
Non obstante, a resolución de AD sempre é limitada. Partindo da suposición de que a resolución de AD é de 3 bits e a tensión de medición máis alta é de 8 V, o conversor AD é equivalente a unha escala dividida en 8 divisións, cada división é de 1 V. é 1 V. O resultado da medición deste AD é sempre un número enteiro e a parte decimal sempre se leva ou descarta, o que se asume que se leva neste artigo. A súa portada ou descartación causará erros de medición. Por exemplo, 6,3 V é maior que 6 V e menor que 7 V. O resultado da medición de AD é de 7 V e hai un erro de 0,7 V. A este erro chámaselle erro de cuantización de AD.
Para facilitar a análise, asumimos que a escala (conversor AD) non ten outros erros de medición agás o erro de cuantización AD.
Agora, empregamos dúas escalas idénticas para medir as dúas tensións de corrente continua que se mostran na Figura 1 sen interferencias (situación ideal) e con interferencias.
Como se mostra na Figura 1, a tensión CC real medida é de 6,3 V, e a tensión CC na figura da esquerda non ten ningunha interferencia e é un valor constante. A figura da dereita mostra a corrente continua perturbada pola corrente alterna e hai unha certa flutuación no valor. A tensión CC no diagrama da dereita é igual á tensión CC no diagrama da esquerda despois de eliminar o sinal de interferencia. O cadrado vermello da figura representa o resultado da conversión do conversor AD.
Tensión CC ideal sen interferencias
Aplicar unha tensión continua interferente cun valor medio de cero
Fai 10 medicións da corrente continua nos dous casos da figura anterior e despois calcula a media das 10 medicións.
A primeira escala da esquerda mídese 10 veces e as lecturas son as mesmas en cada ocasión. Debido á influencia do erro de cuantización AD, cada lectura é de 7 V. Despois de calcular a media de 10 medicións, o resultado segue sendo de 7 V. O erro de cuantización AD é de 0,7 V e o erro de medición é de 0,7 V.
A segunda escala da dereita cambiou drasticamente:
Debido á diferenza entre o positivo e o negativo da tensión de interferencia e a amplitude, o erro de cuantización AD é diferente en diferentes puntos de medición. Baixo o cambio do erro de cuantización AD, o resultado da medición AD cambia entre 6 V e 7 V. Sete das medicións foron de 7 V, só tres foron de 6 V e a media das 10 medicións foi de 6,3 V! O erro é de 0 V!
De feito, ningún erro é imposible, porque no mundo obxectivo non existe un 6,3 V estrito! Non obstante, si que existen:
No caso de que non haxa interferencias, dado que o resultado de cada medición é o mesmo, despois de facer a media de 10 medicións, o erro permanece sen cambios!
Cando hai unha cantidade axeitada de interferencia, despois de calcular a media de 10 medicións, o erro de cuantización AD redúcese nunha orde de magnitude! A resolución mellora nunha orde de magnitude! A precisión da medición tamén mellora nunha orde de magnitude!
As preguntas clave son:
É o mesmo cando a tensión medida é doutros valores?
Os lectores poden querer seguir o acordo sobre a interferencia na segunda sección, expresar a interferencia cunha serie de valores numéricos, superpoñer a interferencia á tensión medida e, a seguir, calcular os resultados da medición de cada punto segundo o principio de acarreo do conversor AD e, a seguir, calcular o valor medio para a verificación, sempre que a amplitude da interferencia poida facer que a lectura cambie despois da cuantización AD e a frecuencia de mostraxe sexa o suficientemente alta (os cambios de amplitude de interferencia teñen un proceso de transición, en lugar de dous valores positivo e negativo), e a precisión debe mellorar!
Pódese demostrar que, sempre que a tensión medida non sexa exactamente un número enteiro (non existe no mundo obxectivo), haberá un erro de cuantización AD. Non importa o grande que sexa o erro de cuantización AD. Sempre que a amplitude da interferencia sexa maior que o erro de cuantización AD ou maior que a resolución mínima de AD, o resultado da medición cambiará entre dous valores adxacentes. Dado que a interferencia ten simetría positiva e negativa, a magnitude e a probabilidade de diminución e aumento son iguais. Polo tanto, cando o valor real está máis preto de que valor, a probabilidade de que apareza que valor é maior e estará preto de que valor despois de calcular a media.
É dicir: o valor medio de varias medicións (o valor medio de interferencia é cero) debe estar máis preto do resultado da medición sen interferencias, é dicir, usar o sinal de interferencia de CA cun valor medio de cero e calcular a media de varias medicións pode reducir os erros de cuantización AD equivalentes, mellorar a resolución da medición AD e mellorar a precisión da medición!
Data de publicación: 13 de xullo de 2023
