2.3. Корекція похибок звт з допомогою кодокерованих мір

Значення похибки в загальному випадку залежить від значення вхідного інформативного сигналу і для її аналізу зручно використовувати багаточленну модель [1-3, 26].

, (2.6)

де , , – відповідно адитивна, мультиплікативна та нелінійна складові похибки; - систематична та центрована складові похибки.

Коефіцієнти , , , ... є випадковими величинами або процесами, залежать від векторів параметрів вимірювального кола та факторів похибок, але не залежать від інформативного параметра X. Систематичні складові похибки завжди спотворюють результат вимірювання, а тому їх виявлення з метою врахування або ж корекції є одним із центральних питань метрології. На жаль, не існує універсального методу корекції систематичних похибок, оскільки дуже різноманітні методи, засоби і умови вимірювань [26, 26-33]. Систематичні похибки вважаються виключеними, якщо вони або сума їх не виключених залишків не перевищують половини одиниці десяткового розряду, в якому стоїть остання значуща цифра допустимої похибки результату вимірювання [3, 26]. Прогнозування часових змін похибок вимагає проведення цілого великого комплексу експериментальних досліджень в робочих умовах для засобів вимірювання певного типу [1, 3, 13].

Оскільки з використанням сучасних мікроелектронних та інформаційних технологій принципово можуть бути реалізовані малогабаритні кодокеровані міри, то для вимірювання електричних величин доцільно використовувати диференційний або компенсаційний методи [34]. При використанні диференційного методу у першому циклі отримується код N_x1 результату перетворення електричної величини Х за умови автоматичного коригування АСП і для значення еталонного сигналу рівного нулю

, (2.7)

де - зведені до входу ЗВТ АСП, відповідно ЗВТ та кодокерованої міри; Δ_к – нескориговане значення АСП.

З допомогою коду N_x1 на виході кодокерованої міри формується електрична величина Х_е1

, (2.8)

де Х_Е – значення сигналу еталонної вхідної електричної величини кодокерованої міри; N_xm – максимальне значення коду керування міри; δ_μ – відносна похибка кодокерованої міри електричного сигналу.

У другому циклі перетворення з автоматичною корекцією АСП знаходять значення коду N_x2 результату

. (2.9)

Результат вимірювання N_x можна знайти як суму кодів N_x1, N_x2. Знехтувавши складовими третього і вищих порядків малості та враховуючи очевидну умову отримаємо

. (2.10)

Аналіз формули (2.10) показує, що при малих значеннях МСП вже при реальних для сучасних промислових приладів співвідношеннях вплив членів другого порядку малості буде нехтовно малим, тобто більше, ніж у 5 разів буде меншим від значення лінійних членів

. (2.11)

Отже, у випадку використання диференційного методу побудови ЗВТ похибка результату вимірювання електричних величин практично визначатиметься тільки похибкою δ_μ кодокерованої міри. Це дає теоретичні підстави для розроблення нового покоління ЗВТ електричних величин, в яких можна практично забезпечити оперативний контроль процесів вимірювань. Роль „чорної скриньки” у цьому випадку виконуватимуть кодокеровані міри електричних величин. Для забезпечення практичного використання цього способу оперативного контролю доцільно реалізовувати кодокеровані міри малогабаритними та переносними з використанням сучасних досягнень мікроелектронних та інформаційних технологій. При виникненні сумнівів в правдивості результатів вимірювань, отриманих з даного ЗВТ, його вмонтовану „чорну скриньку” слід демонтувати з приладу та відправити на метрологічну перевірку, а на її місце підключити перевірену „чорну скриньку”. Таким чином, процедура оперативного контролю здійснюватиметься практично безперервно, за винятком проміжків часу, потрібних для заміни „чорної скриньки”. Якщо і після заміни „чорної скриньки” із ЗВТ отримуються сумнівні результати, то слід детальніше проаналізувати реальні умови експлуатації щодо виявлення невраховуваних факторів похибок або ж, у разі отримання негативного результату, демонтувати ЗВТ і відправити його на метрологічну перевірку. За умови здійснення автоматичної корекції АСП вхідного вимірювального кола перехідні опори та залишкові контактні е.р.с. комутаційних елементів (роз`ємів) „чорних скриньок” не впливатимуть на результат вимірювання.

Для здійснення оперативного контролю за протіканням вимірювальних процесів ЗВТ, що вже експлуатуються, доцільно використовувати переносні кодокеровані міри (калібратори) електричних величин [35-38]. Вище було зазначено, що для забезпечення високої достовірності контролю межа допустимих значень похибки кодокерованих мір повинна бути більше, ніж у 5 разів меншою від межі допустимих значень похибки контрольованих ЗВТ. В робочих умовах експлуатації в серійних калібраторах електричних величин виникає необхідність в періодичній ручній корекції АСП, що збільшує трудоємність метрологічних робіт, збільшує час їх проведення, що, у деяких випадках, практично неприйнятно через дуже обмежений час знаходження оператора на технологічних об`єктах, наприклад, атомні електростанції [36, 38]. Тому, калібратори електричних величин доцільно забезпечувати системою автоматичної корекції АСП або ж можна використовувати метод подвійної інверсії сигналів, як це подано на рис. 2.1. для калібраторів напруги. Цей метод може використовуватись для автоматичної корекції АСП (детальніший розгляд о собливостей реалізації є в наступних розділах).

ДОН – джерело опорної напруги; ПП1,2 – перемикачі полярності; КПН – кодокерований подільник напруги

Рис. 2.1. - Структура калібратора напруги з корекцією адитивної складової похибки методом подвійної інверсії

основі схемотехнічних рішень вже існуючих кодокерованих мір. Коригування АСП кодокерованих мір здійснюється шляхом знаходження з допомогою ЗВТ середнього арифметичного двох його показів при однойменних положеннях перемикачів полярності ПП1 та ПП2 калібратора напруги [38]. Дійсно, при подвійній інверсії вхідного для керованого подільника КПН сигналу Е₀ та вихідного сигналу U_К калібратора, в одному із однойменних положень перемикачів ПП1 та ПП2 вихідна напруга буде рівна , а в їх протилежному положенні - . В багатьох практичних випадках межі допустимих значень похибки ЗВТ та кодокерованих мір нормуються двочленною моделлю. Тоді, за умов, що за час проведення вимірювань і робочі умови експлуатації, і похибки ЗВТ та калібратора залишаються незмінними, для визначення похибки ЗВТ необхідно провести всього чотири вимірювання при двох значеннях вихідного сигналу калібратора U_К1 і U_К2 та опрацювати їх результати

, (2.12)

де Y₁₁, Y₁₂ – покази перевірюваного (контрольованого) ЗВТ для вихідних напруг U_К11 та U_К12 калібратора, відповідно, за одного та іншого положення перемикачів полярності ПП1 та ПП2, та встановленому номінальному значенні коду керування m_1Н; Y₂₁, Y₂₂ – покази ЗВТ для вихідних напруг U_К21 та U_К22 калібратора, відповідно, за одного та іншого положення перемикачів полярності ПП1 та ПП2, та встановленні номінального значення коду керування m_2Н; D_0З – АСП ЗВТ; D_0М – АСП кодокерованої міри; к_Н – номінальний коефіцієнт перетворення ЗВТ; - коефіцієнти МСП, відповідно ЗВТ та кодокерованої міри; Е₀ – значення напруги джерела опорної напруги ДОН; m_1Н, m_2Н – номінальні значення кодів керування кодокерованої міри при встановленні значень вихідної напруги U_К1 та U_К2.

Із системи рівнянь (2.12) визначаються і коефіцієнт МСП, і АСП

, (2.13)

. (2.14)

Аналіз співвідношень (2.13) та (2.14) показує, що за виконання умови , методом подвійної інверсії коригується АСП калібратора напруги і достатньо просто визначаються АСП та МСП контрольованого ЗВТ в робочих умовах експлуатації.

Скориговане значення Δ_к АСП, після автоматичного коригування, визначатиметься вибраним методом та алгоритмом корекції, тому в подальшому слід детальніше проаналізувати граничні можливості існуючих методів корекції.