Вопрос 16.3 (б) Методы вспомогательных измерений

Рис. 6.2 Метод вспомогательных измерений

Идея метода иллюстрируется на рис.6.2 , где СИ – основное средство измерений; ВСИ1, ВСИ2, …, ВСИn – вспомогательные средства измерений, ВУ – вычислительное устройство.

Предположим, что погрешность средства измерений вызывается воздействием внешних факторов , причем зависимость этой погрешности от значений внешних факторов известна:

. (6.5)

В данном случае осуществляется коррекция погрешности средства измерений путём использования значений каждого из факторов , полученных с помощью ВСИ1, ВСИ2, …, ВСИn. По этим значениям вычислительное устройство вычисляет значение поправки, необходимой для коррекции погрешности, по (6.5).

Вместо введения поправки выходная величина ВУ может быть использована для управления параметрами средства измерений (самонастройка).

Метод вспомогательных измерений применим для снижения влияния тех дестабилизирующих факторов, которые могут быть легко учтены. Кроме того, для осуществления коррекции погрешности необходимо знать зависимость погрешности средства измерений от этих факторов. Недостатком метода вспомогательных измерений является так же то, что для снижения влияния каждого фактора требуется отдельное вспомогательное средство измерений. Указанные недостатки существенно снижают область практического использования данного метода.

Фактически метод вспомогательных измерений представляет собой один из вариантов реализации принципа многоканальности, позволяющего обеспечить инвариантность выходной величины системы к тем или иным возмущающим воздействиям.

Вопрос 16.3 (в) Итерационные методы

Особенностью итерационных методов является то, что в процессе коррекции погрешности результат уточняется несколько раз, причём последующий результат получается из предыдущего. Таким образом, результат измерений получается путём последовательных приближений. В зависимости от используемых в процессе коррекции операций (сложение-вычитание или умножение-деление) различают аддитивные или мультипликативные алгоритмы коррекции. Итерационный алгоритм повышения точности может быть реализован либо путём поочерёдного выполнения необходимых операций (временное разделение), либо путём почти одновременного операций с помощью дополнительных функциональных блоков, объединённых в соответствующую структуру (пространственное разделение операций).

В качестве примера рассмотрим итерационный алгоритм аддитивной коррекции с временным разделением операций, который иллюстрируется на рис.

Рис. 6.3 Итерационные методы

Кроме основного средства измерений СИ, имеется точный обратный преобразователь ОП и вычислительное устройство ВУ. Процесс коррекции погрешностей осуществляется следующим образом. Сначала на вход СИ подаётся измеряемая величина х (переключатель П находится в положении 1), а соответствующее значение выходной величины у₀ запоминается в ВУ. Затем величина у₀ подаётся на вход ОП, а выход ОП подключается ко входу СИ (переключатель П находится в положении 2). При этом выходная величина СИ принимает значение , а ВУ вычисляет первую поправку, затем вычисляется первый скорректированный результат. На этом заканчивается первый цикл итерационной коррекции.

Далее у₁ подают на вход точного обратного преобразователя, измеряют величину х₁ на его выходе, получая результат , вычисляют вторую поправкуи второй скорректированный результат. При необходимости описанный циклический процесс коррекции повторяют до достижения необходимой точности.

Предположим, что СИ имеет функцию преобразования

, (6.6)

где k – номинальный коэффициент преобразования,  - относительная мультипликативная погрешность,  - абсолютная аддитивная погрешность.

Точный преобразователь должен иметь функцию преобразования

.

Тогда результат измерений после выполнения n циклов коррекции запишется в виде

(6.7)

Очевидно, что если , то с увеличением числа n итерационных циклов происходит уменьшение по абсолютному значению и аддитивной и мультипликативной погрешностей, причём погрешности уменьшаются тем быстрее, чем меньше. Поэтому данный алгоритм коррекции более эффективен для СИ, у которых преобладает аддитивная погрешность.

Мультипликативные алгоритмы итерационной коррекции отличаются тем, что вместо вычисления аддитивной поправки в каждом цикле вычисляют поправочный множитель. При этом оказывается, что мультипликативные алгоритмы более эффективны для СИ, у которых преобладает мультипликативная погрешность.

В том случае, когда СИ имеет значительные аддитивную и мультипликативную погрешности, может оказаться целесообразным применение комбинированного аддитивно-мультипликативного итерационного метода коррекции погрешностей.

Достоинством итерационных методов является то, что с их помощью корректируется общая погрешность СИ независимо от причин, её вызывающих.

Очевидный недостаток этих методов состоит в необходимости применения достаточно точного обратного преобразователя, что ограничивает область их практического использования главным образом измерениями электрических величин. Итерационные алгоритмы с пространственным разделением операций применяются при создании точных измерительных усилителей.