63

Раздел 3

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ

СРЕДСТВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

3.1. Общая характеристика методов повышения точности средств измерительной техники

В процессе разработки и модернизации СИТ важнейшей задачей является повышение их точности как наиболее важного показателя качества измерений. Оно достигается уменьшением всех составляющих погрешности СИТ, причинами которых являются внутренние влияющие величины и внешние влияющие величины, к которым относятся условия эксплуатации СИТ и неинформативные параметры входных (измерительных) сигналов.

Известно много методов повышения точности СИТ, которые разделяют на две группы [8,9]:

- методы, которые обеспечивают устранение или сведение к минимуму причин возникновения отдельных составляющих погрешности СИТ. Эти методы называют также консервативными;

- методы, которые направлены на снижение уровня погрешностей СИТ. Их называют также методами коррекции погрешностей.

Консервативные методы предотвращают появление тех или иных погрешностей СИТ или не позволяют им превышать допустимые значения. Они отличаются простотой реализации, потому что не нуждаются в существенном структурном усложнении СИТ.

К консервативным методам принадлежат конструктивно-технологические и защитно- предохранительные методы.

Конструктивно-технологические методы повышения точности СИТ заключаются в использовании при их построении материалов, деталей и элементов с высшими качественными показателями, в частности с высокостабильными параметрами, и в обеспечении высшего качества сборки и регулирования на этапе производства СИТ. Примерами таких методов является использование высокостабильных по температуре резисторов для уменьшения температурной погрешности или частотно-независимых резисторов - для уменьшения частотной погрешности, использование катушек индуктивности с высокой добротностью и конденсаторов с малым углом потерь в функциональных електрорадиотехнических узлах СИТ, более качественных микросхем и тому подобное.

Защитно-предохранительные методы повышения точности СИТ направлены на уменьшение погрешностей от внешних влияющих величин за счет уменьшения диапазона их изменения во внутреннем пространстве СИТ, где расположены их части, элементы и функциональные узлы, наиболее чувствительные к влиянию этих величин. Примерами таких методов являются использование термостатирования - для уменьшения температурных погрешностей, экранирования - для уменьшения погрешностей от влияния внешних электромагнитных полей, амортизации - для уменьшения влияния вибраций и тому подобное.

Как разновидность защитно-предохранительных методов повышения точности СИТ можно рассматривать использование в СИТ физических эффектов, которые имеют низкую чувствительность к тем или иным влияющим величинам.

Известно много методов коррекции погрешностей СИТ, но наиболее распространенными являются структурные, статистические и алгоритмические методы.

Структурные методы повышения точности СИТ основываются на использовании принципа инвариантности (нечувствительности) (см. подразд.3.2 согласно с которым СИТ изготовливаются менее чувствительными к определенной влияющей величине, или их совокупности, которые приводят к тем или иным погрешностям СИТ.

Сущность структурных методов заключается в таком выполнении структурных схем СИТ, которое обеспечивает уменьшение влияния погрешностей отдельных элементов на выходный сигнал введением корректирующих электрических цепей, например цепей отрицательной обратной связи, дополнительных измерительных каналов и микропроцессоров для определения и введения поправок в результаты измерений, принудительным изменением структуры, параметров и связей во времени и тому подобное.

Структурные методы повышения точности СИТ классифицируют по разным признакам. Рассмотрим основные из них.

1. По участию оператора в коррекции погрешностей СИТ различают два ее вида:

- коррекция погрешностей СИТ при участии оператора;

- коррекция погрешностей СИТ без участия оператора (автоматическая коррекция).

2. По видам коррекции погрешностей СИТ в зависимости от количества измерительных каналов или от количества тактов или сигналов различают два вида коррекции погрешностей:

- пространственная коррекция погрешностей, которая достигается аппаратурной избыточностью;

- временная коррекция погрешностей, которая достигается временной избыточностью.

3. По способам введення корректирующих влияний в измерительные каналы СИТ различают три вида коррекции погрешностей:

- аддитивная коррекция погрешностей;

- мультипликативная коррекция погрешностей;

- комбинированная коррекция погрешностей, которая представляет собой одновременное использование аддитивного и мультипликативного видов коррекции.

Достаточно перспективными являются алгоритмические методы повышения точности СИТ. Они основываются на использовании таких алгоритмов обработки нескольких результатов измерений, которые позволяют уменьшить погрешность измерений.

На данное время наиболее развитыми и распространенными являются структурные методы повышения точности СИТ, потому на них и остановимся в дальнейшем. Но сначала объясним принцип инвариантности в измерительной технике.

3.2. Принцип инвариантности в измерительной технике

Под инвариантностью в измерительной технике понимают компенсацию влияющих величин СИТ, то есть достижение полной или частичной независимости результатов измерений от этих величин (дестабилизирующих факторов).

Согласно выражениям (1.7) и (1.19) для относительной погрешности СИТ можно определить два способа уменьшения их погрешностей.

- уменьшение влияния величин ;

- уменьшение коэффициентов влияния _i;.

Оба этих способа реализуют принцип инвариантности СИТ к влияющим величинам, которые приводят к тем или другим погрешностям. Для того, чтобы СИТ с постоянной структурой были инвариантными, то есть нечувствительными к влияющим величинам необходимо: предусмотреть создание компенсационных сигналов, противоположных по знаку сигналам погрешностей (или помех), или осуществить выделение и исключение погрешностей из результатов измерений путем соответствующей обработки.

Выбор той или иной структурной схемы СИТ определяется характером изменения измеряемой величины, нужной точностью измерения, простотой схемы и рядом других факторов. Поэтому принцип инвариантности и условия, которые из него вытекают, сами по себе еще не дают возможности осуществлять синтез инвариантного СИТ, а помогают отобрать те схемы, которые обеспечивают достижение инвариантности.