Лекция 5. 3.2. Конструкторско-технологические методы уменьшения погрешностей

3.2. Конструкторско-технологические методы уменьшения погрешностей

При синтезе метода (алгоритма) измерений и его реализации приходится решать задачу обеспечения заданных метрологиче­ских характеристик, в частности обеспечения требуемой точности. Погрешность измерительного преобразователя (ИП) состоит из многих составляющих с различными характеристиками. В связи с этим необходимо рассмотреть методы уменьшения составляю­щих погрешности ИП и взаимосвязь этих методов между собой,

В настоящее время стали очевидными принципиальная огра­ниченность возможностей совершенствования ИП и взаимная связь отдельных метрологических характеристик между собой. Поэтому для совершенствования ИП необходимо с помощью доступной технологии добиваться наилучших метрологических и технических характеристик при приемлемых экономических показателях, а затем, используя известные способы обмена одних характеристик ИП на другие, конструировать ИП с заданными характеристиками. В этом смысле можно говорить о принципиальной необходимости иметь избыточность по тем или иным харак­теристикам ИП для того, чтобы за их счёт улучшать другие ха­рактеристики.

В практике измерений для целей улучшения точностных ха­рактеристик ИП чаще всего используется запас по чувствитель­ности, быстродействию и энергообмену с объектом измерения. Однако наличие этого запаса не решает автоматически задачу уменьшения погрешностей. Необходимо практически реализо­вать эту возможность по отношению к конкретным составляющим погрешности.

Погрешность преобразования можно записать в виде:

Δ y (t, z, η, x) = f_р (x, a₁, …,a_n) – f_н (x, a₁, …,a_n), (20)

где: f_р (ּ) и f_н (ּ) — реальная и номинальная характеристики измерительного преобразования; а_i – параметры характеристики преобразования; t –время; z – влияющие факторы; η – неинформативные параметры полезного сигнала x.

В наиболее распространенных линейных измерительных преобразованиях обычно выделяют три составляющие погрешности – погрешность нелинейности Δ y_н, аддитивную погрешность Δ y_а и мультипликативную Δ y_м:

Δ y (t, z, η, x) = Δ y_н (х)+ Δ y_а (t, z, η) + Δ y_м (t, z, η, x). (21)

Каждая из частных погрешностей в общем случае должна рассматриваться как случайный процесс с определенными характеристиками, которые и опреде­ляют эффективность применения различных способов уменьшения погрешностей ИП.

Как уже указывалось, все методы повышения точности измерительных преоб­разований делятся на три группы: совершенствование алгоритмов (с целью умень­шения методических погрешностей), конструктивно-технологические методы (для уменьшения инструментальных погрешностей), структурные методы (уменьшают инструментальные погрешности и иногда – методические). Детальная классифи­кация структурных методов представлена в табл. 1.