Підвищення точності засобів вимірювання

Точність — одна з найважливіших характеристик засобів вимірювання, тому підвищення точності, тобто зменшення похибок, є одним з основних завдань для удосконалення засобів вимірювання. Методи підвищення точності засобів вимірювання можна поділити на дві гру­пи: методи запобігання виникненню похибки; методи зменшення вже існуючої похибки.

Розглянемо найпоширеніші методи підвищення точ­ності засобів вимірювання.

3.1 Запобіжно-захисні методи полягають у засто­суванні конструкцій, вузлів і пристроїв вищої якості з більш стабільними характеристиками. Прикладом може бути застосування манганінових резисторів з малими температурними коефіцієнтами (для зменшення темпера­турної похибки); застосування польових транзисторів з високим вхідним опором на вході вимірювальних підси­лювачів (для зменшення похибки взаємодії) тощо,

3.2 Конструктивно-технологічні методи мають за мету зменшити вплив зовнішніх чинників на результат вимірювання.

Щоб зменшити температурну похибку, необхідно по­ліпшувати температурний режим як всієї конструкції в цілому, так і елементів, які розсіюють найбільшу по­тужність. Для зменшення перегріву потужних елементів застосовують радіатори, які для збільшення ефекту вино­сять на задню стінку приладів. Крім того, елементи, що сильно нагріваються, ізолюють тепловими екранами і виносять у верхню частину конструкції. Для поліпшення вентиляції корпусу приладів застосовують вентилятори.

Останнім часом для поліпшення теплового режиму окре­мих особливо важливих мікросхем, наприклад проце­сорів, застосовують малогабаритні вентилятори: Ще одним методом зменшення температурної похибки є за­стосування термостатів.

Від шкідливого впливу наводок і завад застосовують екрани. Наводки від мережі живлення і пульсації її напруги значно впливають на пристрої з високою чут­ливістю. Щоб зменшити вплив таких чинників, застосову­ють фільтрацію і гальванічне розмежування електричних кіл живлення і сигнальних за допомогою оптоелектронних пристроїв.

3.3 Метод параметричної стабілізації полягає у стабілізації параметрів засобів вимірювання або окремих елементів за допомогою відповідних елементів компенсації. На прак­тиці здебільшого застосовують температурну компен­сацію. Наприклад, для зменшення температурної неста­більності ємності конденсатор замінюють двома паралель­но або послідовно з'єднаними конденсаторами з такою самою еквівалентною ємністю, але з температурними ко­ефіцієнтами ємності різних знаків. Відповідним добором ємностей можна досягти незначної залежності еквівалент­ної ємності від температури.

3.4 Метод нелінійного зворотного зв'язку. Первинні вимі­рювальні перетворювачі у багатьох випадках мають нелі­нійну характеристику. Однак залежність результату вимірювання від вимірюваної величини, тобто характе­ристика вимірювального приладу, завжди має бути лінійна. Для лінеаризації нелінійних характеристик вимірювальних перетворювачів часто застосовується нелінійний зворотний зв'язок, яким охоплюють підсилю­вач з великим коефіцієнтом підсилення К.

3.5 Метод зразкових мір ґрунтується на послідовних ви­мірюваннях вимірюваної величини і однорідних з нею зразкових величин. Спочатку за допомогою комутатора до засобу вимірювання приєднують вимірювану вели­чину х і в пам'ять заноситься результат вимірюван­ня у_о. Далі за командою послідовно вмикають зразкові сигнали х₁ та х₂ близькі до х, і фіксують результати вимірювань у₁ та у₂. Вимірювану величину визначають за формулою

3.6 У тестовому методі на вхід засобу вимірювання подають сигнали, які функціонально пов'язані з вимірюваною ве­личиною та із зразковими величинами. Спочатку на вхід засобу вимірювання подається вимірювана величина х і фіксується результат вимірювання у_о. Далі за допомогою пристрою формування тестів формуються тестові сигнали А₁(х) і А₂(х ), які функціонально пов'язані з х. Для спро­щення процедури функції А₁(х) і А₂(х) вибирають лінійни­ми, наприклад мультиплікативну А₁(х)=Кх і адитивну А₂(х)=х+х₁ функції, де К — коефіцієнт, відомий з високою точністю; х₁ — зразковий сигнал, однорідний з вимірюва­ною величиною. Тестові сигнали А₁(х) і А₂(х) послідовно подають на вхід засобу вимірювання і фіксують в пам'яті результати вимірювань у₁ та y₂. Скоригований результат вимірювання обчислюється за формулою

Контрольні запитання:

1. Що таке похибка вимірювання?

2. Назвіть основні види похибок вимірювання.

3. Які особливості систематичних похибок?

4. Якими способами можна зменшити систематичну похибку?

5. Що таке основна і додаткові похибки?

6. За яких умов виникає динамічна похибка?

7. Якими способами можна підвищувати точність засобів вимірювання?