9.3.2. Уменьшение случайной погрешности

Случайными называются погрешности, величина и знак которых изменяются нерегулярным (случайным) образом при повторных измерениях одной и той же физической величины, проведенных в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью. Присутствие таких погрешностей обнаруживается в виде разброса показаний ИУ при многократных измерениях величины одного и того же размера. Степень такого разброса оценивается по величине среднеквадратического отклонения (7.68) – чем больше СКО, тем больше случайная погрешность.

Наиболее распространенным алгоритмическим способом уменьшения случайных погрешностей является проведение многократных измерений и статистическая обработка результатов этих измерений. В простейшем случае она сводится к определению среднего арифметического значения измеряемой величины. Дисперсия такой оценки в раз меньше дисперсии результата единичного измерения, где - число измерений.

Кроме метода статистической обработки возможно применение конструктивно-технологических и структурного методов . В соответствии с формулами таблицы 9.3, для уменьшения случайной статической погрешности следует стремиться к уменьшению величин и , а для уменьшения случайной динамической погрешности – величин и . Уменьшение величины может достигаться структурным методом за счет рационального выбора структурной схемы и параметров ИУ (см. раздел 6.2.1). Уменьшение величин достигается путем защиты прибора от помех и выполнения условий инвариантности (см. раздел 9.3.5). Уменьшение величины достигается за счет снижения инерционности ИУ (см. раздел 6.3).

9.3.3. Уменьшение погрешности от нелинейности

статической характеристики ИУ

Уменьшение погрешности от нелинейности статической характеристики ИУ достигается рациональным выбором параметров ИУ (см. раздел 6.2.1), использованием корректирующего звена, нужным образом изменяющего общую статическую характеристику прибора (см. раздел 6.2.2), или применением специального устройства для вычисления результата измерений в цифровой части прибора. В первом случае используется конструктивный метод повышения точности, во втором - структурный метод, в третьем – алгоритмический.

9.3.4. Уменьшение инерционности ИУ

Для снижения инерционности ИУ используются методы параметрического и структурного синтеза его передаточной функции, описанные в разделе 6.3. Чем менее инерционным является ИУ, тем более точными становятся соотношения (см. (9.15)) и (см. (9.22)), способствующие снижению мультипликативной динамической погрешности ИУ (см. табл. 9.3).

9.3.5. Уменьшение аддитивных погрешностей

Источником аддитивных погрешностей являются помехи и . Поэтому их уменьшение связано с защитой прибора от внешних и внутренних помех.

Наиболее распространенными способами защиты от внешних помех является применение различных систем амортизации, экранирования, термостатирования, герметизации и пр.

Основная цель амортизации – исключить передачу вибраций объекта, на котором установлен прибор, к самому прибору. Для этого используют амортизаторы различной конструкции.

Экранирование используется для защиты прибора от воздействия электростатического, магнитного и электромагнитного полей. Электростатическое экранирование состоит в замыкании электрических силовых линий на поверхности металлической массы экрана и передаче электрических зарядов на корпус защищаемого изделия. Магнитостатическое экранирование заключается в замыкании магнитных силовых линий в стенках магнитного экрана. Электромагнитное экранирование основано на наведении вихревых токов в стенках экрана, ослабляющих напряженность электромагнитного поля в защищаемой области пространства.

Теплозащита осуществляется за счет отвода тепла, использования различных видов охлаждения или применения системы термостатирования.

Перечисленные способы защиты ИУ относятся к конструктивно - технологическим методам повышения точности, так как основаны на применении специальных конструктивных решений. Другим (структурно - алгоритмическим) способом уменьшения аддитивных погрешностей является использование такой структурной схемы прибора, при которой аддитивные помехи компенсируют друг друга. Схемы таких приборов показаны на рис. 2.8. Наиболее широкое распространение получила дифференциальная измерительная схема.

В качестве примера на рис. 9.6 показаны принципиальная и структурная схемы дифференциального струнного датчика ускорения. Датчик состоит из двух идентичных однострунных преобразователей, каждый из которых является струнным автогенератором АГ.

Рис. 9.6.

При движении прибора с ускорением натяжение струны 1 увеличивается, а струны 2 – уменьшается. В результате частота выходного сигнала автогенератора АГ₁ увеличивается, а частота выходного сигнала автогенератора АГ₂ - уменьшается. Информативным параметром выходного сигнала преобразователя является разность частот . При изменении температуры окружающей среды частота выходного сигнала каждого автогенератора изменяется на одинаковую величину. Поэтому разность частот и, следовательно, показания прибора не зависят от температуры окружающей среды. На практике из - за неидентичности автогенераторов компенсация температурной погрешности является неполной. Однако, она значительно меньше температурной погрешности однострунного преобразователя.

Из приведенного примера видно, что повышение точности измерений достигается применением двух струнных преобразователей вместо одного преобразователя, т.е. за счет структурной избыточности ИУ. Этот «обмен» является характерным для всех структурно-алгоритмических методов.