Методы повышения точности средств измерений. Классификация методов

Для повышения точности средств измерения применяется ряд традиционных методов.

Метод многократных наблюдений используют для уменьшения случайной составляющей погрешности средств

измерения. За интервал времени (t = const) выполняют несколько наблюдений, затем вычислительное устройство, входящее в состав данного прибора вычисляет среднеарифметическое и оценку СКО. Метод многоканальных измерений аналогичен методу параллельных измерений. Имеется несколько идентичных цепей (каналов) и вычислительное устройство, в котором обрабатываются результаты параллельных измерений, вычисляя среднеарифметическое и оценку СКО. Метод параметрической стабилизации (называемый конструктивно-технологическим) заключается в стабилизации статической характеристики средства измерения. Параметрическая стабилизация реализуется путем изготовления средства измерения из более точных и стабильных элементов, параметры которых мало подвержены внешним влияниям: термостабилизация, экранировка. Данный метод уменьшает систематическую и случайную погрешность измерения, он является классическим в приборостроении. На основе этого метода, до сих пор, разрабатывается парк (современных) средств измерений. Структурные методы основаны на том, что в состав прибора включаются дополнительные узлы, элементы и меры обеспечивающие повышение точности измерения, за счет информации полученной с их помощью. Структурные методы, повышения точности средств измерения, подразделяются на: методы обеспечивающие стабилизацию статической характеристики средства измерения; методы основанные на коррекции этой характеристики. Структурные методы стабилизации статической характеристики средств измерения. Метод отрицательной обратной связи реализуем только при наличии преобразовательных элементов (преобразователей) способных осуществить преобразование выходного сигнала во входной (обратный преобразователь).

1 – чувствительный элемент,2 – преобразователь,3 – измерительный механизм,4 – отсчетное устройство,5 – элемент сравнения,6 – обратный преобразователь.

Выходной сигнал преобразуется во входной примерно равный сигнал, но с обратным знаком – это дает стабилизацию статической характеристики. Применение данного метода обеспечивает уменьшение мультипликативной ошибки и погрешности нелинейности, относительная аддитивная погрешность при этом не изменяется. В то же время метод уменьшает чувствительность средства измерения. Аддитивная погрешность – составляющая систематической погрешности средства измерения одинаковая на всем диапазоне и не зависящая от величины входного измерительного сигнала. Мультипликативная погрешность – составляющая систематической погрешности средства измерения, изменяющаяся пропорционально значению величины входного измерительного сигнала. Данный метод повышает точность средства измерения и на ряду с методом параметрической стабилизации является наиболее распространенным. Метод инвариантности состоит в том, что в средстве измерения помимо измерительной цепи (канала) имеется сравнительная цепь (канал) к которой не подается входной сигнал, но которая, как и измерительная цепь находится под воздействием некоторой влияющей величины. P.S. Инвариантность – независимость измеряемого сигнала от воздействия влияющих величин. Использование разности сигналов измерительной и сравнительных цепей при дифференциальном включении обеспечивает независимость (инвариантность) результирующей сигнала средства измерения от влияющей величины, т.е. метод обеспечивает исключение дополнительной погрешности вызванной изменением некоторой (как правило) основной влияющей величины. Данный метод широко используется в аналитическом приборостроении. Метод модуляции состоит в том, что сигнал поступающий на вход средства измерения или параметры этого средства измерения подвергаются принудительным периодическим изменениям (модуляциям) с частотой не совпадающей (обычно более высокой) с областью частот измеряемого сигнала. Использование метода модуляции позволяет уменьшить погрешности от сил трения, явления поляризации и гистерезиса. Метод прямого хода состоит в том, что измеряемый сигнал поступает к чувствительному элементу средства измерения через ключ, с помощью которого осуществляется периодическое по времени отключение измеряемого сигнала от чувствительного элемента и подачи к последнему, сигнала, значение которого равно нулю. Это обеспечивает работу средства измерения по восходящей ветви статической характеристики при всех значениях измеряемого сигнала, что исключает наиболее существенную погрешность многих средств измерения – погрешность вариации. Структурные методы коррекции. Метод вспомогательных измерений заключается, в автоматизации процесса учета дополнительной погрешности средства измерения, по известным функциям влияния ряда влияющих величин, и автоматической коррекции значения выходного сигнала средства измерения. Метод обратного преобразования (итерационный метод) базируется на использовании дополнительно в составе средства измерения кроме прямой измерительной цепи (прямого преобразователя) цепи способной осуществлять обратное преобразование выходного сигнала (обратный преобразователь) и имеющий существенно большую точность, чем цепь прямого преобразования. Результаты измерения получают путем итерации. P.S. Итерация – повторение, повторное исследование.В процессе каждой итерации последовательно осуществляется: прямое преобразование измеряемой величины и запоминание результата х_1; обратное преобразование х₁ в х₁^I; прямое преобразование х₁^I и сравнение полученного х₁^I и запомненного х₁ на основе которого формируется корректирующий сигнал. Обратный преобразователь играет роль как бы многозначной меры, по которой характеризуется статическая характеристика прямого преобразователя. Метод обратного преобразования позволяет уменьшить аддитивную и мультипликативную погрешности средства измерения. Метод образцовых сигналов (образцовых мер) состоит в определении в каждом цикле измерения реальной функции преобразования средства измерения с помощью образцовых сигналов (мер) т.е. метод состоит в автоматической градуировке средства измерения в каждом цикле. Цикл включает в себя: измерение физической величины, поочередное измерение одной или нескольких мер, решение системы уравнений с помощью вычислительного устройства из которой определяют значение измеряемой физической величины. Метод позволяет уменьшить аддитивную и мультипликативную погрешности, а так же погрешности нелинейности. Тестовый метод сводится к проведению совокупных измерений в каждом цикле проведения измерений, кроме измерения физических величин поступающих на вход средства измерения. Осуществляется измерение величины тестов, каждое из которых формируется из меры и измеряемой величины. Значение измеряемой величины определяется из системы уравнений решаемое вычислительным устройством. По существу данный метод является развитием метода образцовых сигналов.