Тема 2. Методы повышения точности измерений

В реальных приборах выходной сигнал x(t) зависит от входного ζ(t), несущего измерительную информацию, но и шумовой составляющей a(t), поступающей с сигналом ζ(t) на вход прибора, от помехи b(t), действующей на параметры приЬора φ(t), от несовершенства изготовления привора c(t), от помех, возникающих в приборе L(t) (трения паразитных ЭДС и т.д):

Все методы повышения точности сводятся к табилизации параметров a, φ, b, c, L, исключению влияния этих возмущений путем фильтрации, амортизации, термостатирования, а также компенсации погрешностей измерений, вызванных возмущением.

Технологические методы. Эти методы повышения точности подразумевают строгое выполнение технологически процессов, выдерживание параметров в производстве (размеров, степени чистоты и т.д.), при сборке, регулировке, совместимости отдельных узлов прибора. При этом особое внимание уделяется соолюдению требований метрологической совместимости блоков и узлов прибора, заключающихся в синтезе равноточных узлов прибора. При соблюдении условий равноточности минимизируются затраты нa изготовление.

Структурные методы. Эти методы повышения точности сводятся к применению амортизации, экранирования, термостатирования, фильтрации, что позволяет за счет введения дополнительных структурных избыточных элементов снизить влияние на точность измерения вибрации, электрических и магнитных полем, температуры, влажности и других параметров. При этом в функциональную схему прибора вводят элементы структурной защиты от помех с передаточными характеристиками дополнительных фильтров, снижающими воздействие указанных помех.

Методы модуляции и фильтрации. Действие помех, спектр которых лежит в основном вне полосы пропускания прибора, может быть подавлено самим измерительным прибором. При использовании фильтрации следует иметь в виду, что полезный сигнал нельзя заметно ослабить или исказить, поэтом, этот способ подавления помех ограничивается случаями, когда спектры измерительного сигнала и помехи практически не перекрываются. Для спектра помех и спектра измерительного сигнала широко применяется метод модуляции полезного сигнала. Модуляция позволяет разнести спектры сигнала и помехи и затем фильтрацией выделить сигнал.

Комплексные методы. Эти методы повышения точности заключаются в получении информации от нескольких одновременно включенных приборов, алгоритмов обработки сигналов. При объеденении двух каналов измерения с различными спектрами погрешностей на выходе каналов получаем y1 = y + Δ1 и y2 = y + Δ2, где Δ1 и Δ2 – погрешности каналов измерения, имеющие различные спектры. Вычитая выходные сигналы y1 - y2 = Δ1 - Δ2, получаем разностный сигнал погрешностей этих каналов, имеющих высокочастотную составляющую f2 и низкочастотную составляющую f1. Далее, пропустив этот сигнал через низкочастотный фильтр с передаточной характеристикой W(p), получаем на выходе низкочастотную составляющую (Δ1 - Δ2)W(p) = Δ1. Вычитая полученный сигнал из выходного сигнала первого канала y1 - Δ1 = y, найдем истинное значение выходного сигнала.

Коррекция по образцовому сигналу. Этот метод позволяет определить нестабильные параметры передаточной характеристики прибора периодическим подключением на вход измерительного канала эталонных сигналов, число которых определяется числом параметров измерительной цепи, подлежащих оценке и периодической коррекции. В случае линейной зависимости у = а0 + bх число подлежащих оценке коэффициентов — два, поэтому на вход измерительной цепи периодически подключают два эталонных сигнала (x1 и x2) и из получаемой системы уравнений

определяют величину сигнала: