Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Погрешности, связанные с собственными параметрами измерительной аппаратуры. Порог чувствительности. Ниже определенного значения вариации измеряемой величины уже не вызывают обнаруживаемых изменений электрического сигнала датчика. Порог чувствительности определяется как максимальное изменение измеряемой величины,
15
которое еще вызывает обнаруживаемые изменения выходного сигнала датчика.
Погрешность считывания значения сигнала. Совокупность порога чувствительности (s n) и погрешности считывания (ес) определяет погрешность разрешения (е ), которая представляет собой минимальную
вариацию измеряемой величины, измеримую с помощью данной аппаратуры:
Погрешность гистерезиса. Если какой-либо элемент измерительного канала проявляет гистерезионые свойства, то выходной сигнал в определенной мере зависит от предшествующих условий эксплуатации. Погрешностью гистерезиса называют половину максимальной разности выходных сигналов, соответствующих одной и той же измеряемой величине, если она получена в процессе возрастания или убывания входной величины.
Погрешность квантования аналого-цифрового преобразователя. Погрешность такого рода сопровождает операцию квантования, когда совокупности аналоговых величин в диапазоне, соответствующем интервалу, квантования в единицу младшего разряда, приписывается единственное значение. Максимальная вносимая погрешность равна при этом половине интервала квантования.
Погрешности из-за появления в измерительной цепи паразитных сигналов случайного характера. К ним относятся:
а) шумы, возникающие в результате теплового возбуждения носителей заряда в резисторах или активных элементах, которые вызывают появление флуктуаций напряжения, накладывающихся на полезный сигнал;
б) наводки от электромагнитных полей промышленной частоты, а также иных частот;
в) флуктуации напряжения питающих устройств, изменяющие характеристики измерительной аппаратуры, а также искажающие амплитуду обрабатываемого сигнала, причем так, что эти искажения нельзя отделить от изменений, связанных с измеряемой величиной;
г) временной дрейф напряжения на выходе усилителя.
Погрешности, вызванные влияющими величинами. Если последствия вариаций влияющих на измерение величин не учтены при градуировке, то можно считать, что их вклад носит случайный характер. Следует отметить, что погрешности, связанные с влияющими величинами, могут относиться как к систематическим, так и к случайным в зависимости от
(5)
16
того, является ли продолжительность измерений соответственно слишком малой или слишком большой по сравнению с «периодом» влияющего действия. Так, если на результат измерений влияет окружающая температура, то ее изменение в течение дня может привести:
- к систематической погрешности, если все измерения проводятся в течение нескольких минут;
- к случайной погрешности, если измерения занимают несколько дней.
Уменьшение случайных погрешностей. Величина случайных погрешностей может быть в определенных случаях уменьшена путем применения соответствующих устройств или экспериментальных методов.
Защита измерительного канала от причин погрешностей. Поддержание стабильной температуры и контролируемой влажности; применение антивибрационных оснований; стабилизация напряжения питания; применение усилителей с малым дрейфом и АЦП с достаточным разрешением; надлежащее заземление экранов и установок; применение усилителей с высокой степенью подавления синфазных помех; применение фильтров.
Рациональные измерительные процедуры. Методы дифференциальных измерений; устранение паразитных сетевых наводок; извлечение сигнала из шумов, его селекция путем синхронного детектирования и использования корреляционных методов.
Случайные ошибки, приводят к разбросу результатов при повторении измерений, однако статистическая обработка результатов позволяет определить наиболее вероятное значение измеренной величины и оценить пределы его погрешности. Если измерение одной и той же (неизвестной)
величины повторяется n раз и дает результаты mi, m2,..., mn, то среднее
значение m по определению равно:
_ m1 + m2 +... + mn
m = —1------------------------------------------2- . (6)
n
Разброс результатов характеризуется среднеквадратическим отклонением a:
a
(m1 — mf +(m2 — m)2 + ... + (mn — m)2 (7)
n — 1
Если случайные погрешности, сопровождающие различные серии измерений, взаимно независимы, то вероятность появления различных результатов обычно удовлетворительно описывается нормальным законом, называемым также законом Гаусса. Вероятность P(m1, m2), при котором
17
измеряемая величина будет лежать в пределах от m1 до m2, можно записать в виде
m2
P(m1,m2) = Jp(m)dm, (8)
m1
где p(m) - плотность вероятности для измеряемой величины m.
В случае соблюдения закона Гаусса:
p (m) = 1/aV2n exp
— \2
(m — m)
2a2
(9)
наиболее вероятная величина m равна m, а вероятность появления результатов измерения в указанных ниже пределах равна:
P(m ± a) = 68,27% P(m ± 2a) = 95,45% P(m ± 3a) = 99,73%
2.3 Чувствительность
Чувствительность - определяющий параметр для выбора датчика; в общем случае чувствительность S определяется для диапазона близ некоторого постоянного значения измеряемой величины m, как отношение вариации сигнала As на выходе к изменению Am измеряемой величины, которое вызвало эту вариацию сигнала:
