1 Загальний аналіз методів підвищення точності засобів вимірювання.

Шляхи зниження похибок засобів вимірювань

Найважливішим завданням удосконалення засобу вимірювання є зменшення всіх складових його похибки, тоб­то підвищення точності — цього найбільш важливого по­казника якості вимірювання. Причини появи похибок засобів вимірювань доклад­но розглянуті в п. 2.2. Вони можуть бути зведені до та­ких основних груп:

вплив зовнішніх факторів (температура навколишньо­го середовища, напруженість зовнішнього магнітного і електричного полів, прискорення, вібрація, напруга мере­жі живлення тощо);

вплив внутрішніх факторів (зміна опорів, ємностей і індуктивностей елементів електросхеми, власні шуми тощо);

вплив неінформативних параметрів вхідного сигналу (частоти під час вимірюван­ня сигналів змінного стру­му, рівня сигналу під час вимірювання фази або пе­ріоду тощо).

Для підвищення точно­сті засобів вимірювань викори­стовують різні методи, які можна розділити на дві групи (рис. 8.1):

методи запобігання по­яві похибок (ЗП);

методи зниження рівня похибок, які вже існують (ПР).

До першої групи можна зарахувати конструкторсь­ко-техно-логічні (КТ) і захисно-запобіжні методи (ЗЗ). Ці методи найбільш зручні, тому що запобігають появам похибок або знижують їх рівень най­більш простими шляхами при мінімальному структурно­му ускладненні засобу вимірювання. Їх прагнуть застосо­вувати в першу чергу. Конструкторсько-технологічні ме­тоди передбачають застосування елементів і вузлів най­більш високої якості із стабільними параметрами. Прик­ладами можуть бути використання манганінових резисто­рів для зменшення температурної похибки, застосування плівкових резисторів для зменшення частотної похибки, виготовлення напівпровідникових елементів на загальній підмостці тощо.

ЗП — запобігання появі по­хибки, ПР — пониження рівня іс­нуючих похибок, КТ — конструкторсько-технологічні методи, ЗЗ — захисно-запобіжні методи, К — коригування (функціо­нальна мінімізація) похибок, С — статистична мінімізація похибок

Рис. 8.1. Класифікація методів підвищення точності засобів вимірювань

Захисно-запобіжні (ЗЗ) методи призначені зменшити вплив зовнішніх факторів шляхом зменшення їх зміни в ло­калізованому просторі. До цих методів відносяться: екрануван­ня, стабілізація, наприклад, напруги живлення тощо. Прикладами таких методів також можуть бути: встановлення засобу вимірювання у фіксоване положення за рівнем для вилучення похибки при незрівноваженій його рухо­мій частині; магнітне чи електростатичне екранування; амортизація для захисту від вібрації тощо.

До другої групи належать методи коригування, статис­тичної мінімізації похибок. Ці методи основані на вияв­ленні вже існуючих похибок аналітичним чи експеримен­тальним шляхом та їх врахуванні під час обробки кінце­вого результату вимірювання або зниженні в процесі ви­мірювання. Прикладами такого методу можуть бути: зменшення випадкових похибок методом часового або просторового усереднення результатів багаторазових вимірів, зменшення похибок від квантування шляхом коригування похибок вимірювальних перетворю­вачів і каналів. Ці методи найбільш ефективні при вияв­ленні систематичних або випадкових похибок, які повіль­но змінюються.

Коригування похибок первинних перетворювачів і вимірювальних каналів включає використання додаткових технічних засобів і реалізації ряду додаткових операцій, які виконуються вручну оператором або автоматично. Інакше кажучи, зменшен­ня похибки досягається додатковою працею оператора, або (у випадку автоматичного засобу вимірювання) уск­ладненням конструкції чи зменшенням швидкодії при­ладу шляхом проведення додаткових вимірювань.

Методи коригування систематичних і прогресуючих похи­бок засобів вимірювань залежно від участі оператора можна розділити (рис. 8.2) на:

методи ручного коригування, що їх виконує оператор;

методи автоматичного коригування, які основані на обчислю­вальній обробці надлишкових вимірів або самонастроюванні параметрів вимірювальних перетворювачів і кана­лів.

I — методи коригування систематичних і прогресуючих похибок засобів вимірюван­ня і перетворювачів; II — виключення похибок обробкою надлишкових вимі­рювань; IIа—обчислення повторюваних вимірювань у змінених умовах; IIб — додаткові вимірювання з використанням зразкових величин; IIв — регулювання засобу вимірювання елементами підстроювання; III — коригування похибок за рахунок структурно-часової надлишковості; IIIа —створення сигналу, пропорційного похибці (у замкненій структурі); IIIб — створення сигналу, пропорційного впливовій величині (у розімкненій структурі);IIIв — створення сигналу, пропорційного результату порівняння з еталонною моделлю

Рис. 8.2. Класифікація методів коригування похибок за найбільш суттє­вими ознаками

Методи ручного коригування, в свою чергу, можна розділити на методи обробки результатів вимірювання без впливу оператора на роботу засобу вимірювання, наприклад, метод введення поправки чи повторних пере­вірок і метод додаткових вимірювань з використанням зразкових величин, а також методи калібрування, які основані на регулюванні засобу вимірювання оператором. У першому і другому випадках зменшення похибки здійснюється на основі додаткових надлишкових вимірювань і обробки проміжних результатів за

певним алгоритмом. У третьо­му випадку для зменшення похибки потрібна зразкова міра або вимірювальний перетворювач із стабільними ха­рактеристиками.