I. Pengenalan
Air Boleh Menyalakan Lilin, Adakah Benar? Ia Benar!
Adakah benar ular takut pada realgar? Itu salah!
Apa yang akan kita bincangkan hari ini ialah:
Gangguan boleh meningkatkan ketepatan pengukuran, adakah benar?
Dalam keadaan biasa, gangguan adalah musuh semula jadi pengukuran. Gangguan akan mengurangkan ketepatan pengukuran. Dalam kes yang teruk, pengukuran tidak akan dijalankan secara normal. Dari perspektif ini, gangguan boleh meningkatkan ketepatan pengukuran, yang mana adalah salah!
Walau bagaimanapun, adakah ini sentiasa berlaku? Adakah terdapat situasi di mana gangguan tidak mengurangkan ketepatan pengukuran, tetapi sebaliknya meningkatkannya?
Jawapannya ya!
2. Perjanjian Gangguan
Digabungkan dengan situasi sebenar, kami membuat persetujuan berikut mengenai gangguan tersebut:
- Gangguan tidak mengandungi komponen DC. Dalam pengukuran sebenar, gangguan tersebut terutamanya gangguan AC, dan andaian ini adalah munasabah.
- Berbanding dengan voltan DC yang diukur, amplitud gangguan adalah agak kecil. Ini selaras dengan keadaan sebenar.
- Gangguan ialah isyarat berkala, atau nilai min ialah sifar dalam tempoh masa yang tetap. Titik ini tidak semestinya benar dalam pengukuran sebenar. Walau bagaimanapun, memandangkan gangguan pada amnya ialah isyarat AC frekuensi yang lebih tinggi, bagi kebanyakan gangguan, konvensyen min sifar adalah munasabah untuk tempoh masa yang lebih lama.
3. Ketepatan pengukuran di bawah gangguan
Kebanyakan alat pengukur elektrik dan meter kini menggunakan penukar AD, dan ketepatan pengukurannya berkait rapat dengan resolusi penukar AD. Secara amnya, penukar AD dengan resolusi yang lebih tinggi mempunyai ketepatan pengukuran yang lebih tinggi.
Walau bagaimanapun, resolusi AD sentiasa terhad. Dengan mengandaikan bahawa resolusi AD ialah 3 bit dan voltan pengukuran tertinggi ialah 8V, penukar AD bersamaan dengan skala yang dibahagikan kepada 8 bahagian, setiap bahagian ialah 1V. Keputusan pengukuran AD ini sentiasa integer, dan bahagian perpuluhan sentiasa dibawa atau dibuang, yang dianggap dibawa dalam kertas ini. Membawa atau membuang akan menyebabkan ralat pengukuran. Contohnya, 6.3V adalah lebih besar daripada 6V dan kurang daripada 7V. Keputusan pengukuran AD ialah 7V, dan terdapat ralat 0.7V. Kami memanggil ralat ini sebagai ralat pengkuantuman AD.
Untuk kemudahan analisis, kami menganggap bahawa skala (penukar AD) tidak mempunyai ralat pengukuran lain kecuali ralat pengkuantuman AD.
Sekarang, kita menggunakan dua skala yang sama untuk mengukur dua voltan DC yang ditunjukkan dalam Rajah 1 tanpa gangguan (situasi ideal) dan dengan gangguan.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, voltan DC sebenar yang diukur ialah 6.3V, dan voltan DC dalam rajah kiri tidak mempunyai sebarang gangguan, dan ia merupakan nilai yang malar. Rajah di sebelah kanan menunjukkan arus terus yang terganggu oleh arus ulang-alik, dan terdapat turun naik tertentu dalam nilai tersebut. Voltan DC dalam rajah kanan adalah sama dengan voltan DC dalam rajah kiri selepas menghapuskan isyarat gangguan. Segi empat sama merah dalam rajah mewakili hasil penukaran penukar AD.
Voltan DC ideal tanpa gangguan
Gunakan voltan DC yang mengganggu dengan nilai min sifar
Buat 10 ukuran arus terus dalam dua kes dalam rajah di atas, dan kemudian puratakan 10 ukuran tersebut.
Skala pertama di sebelah kiri diukur sebanyak 10 kali, dan bacaannya adalah sama setiap kali. Disebabkan oleh pengaruh ralat kuantisasi AD, setiap bacaan ialah 7V. Selepas 10 ukuran dirata-ratakan, hasilnya masih 7V. Ralat kuantisasi AD ialah 0.7V, dan ralat pengukuran ialah 0.7V.
Skala kedua di sebelah kanan telah berubah secara dramatik:
Disebabkan perbezaan positif dan negatif voltan gangguan dan amplitud, ralat pengkuantuman AD adalah berbeza pada titik pengukuran yang berbeza. Di bawah perubahan ralat pengkuantuman AD, keputusan pengukuran AD berubah antara 6V dan 7V. Tujuh daripada ukuran tersebut adalah 7V, hanya tiga adalah 6V, dan purata 10 ukuran tersebut ialah 6.3V! Ralatnya ialah 0V!
Malah, tiada ralat yang mustahil, kerana dalam dunia objektif, tiada 6.3V yang ketat! Walau bagaimanapun, memang terdapat:
Sekiranya tiada gangguan, memandangkan setiap keputusan pengukuran adalah sama, selepas membuat purata 10 pengukuran, ralat kekal tidak berubah!
Apabila terdapat jumlah gangguan yang sesuai, selepas 10 pengukuran dirata-ratakan, ralat pengkuantuman AD dikurangkan mengikut magnitud! Resolusi dipertingkatkan mengikut magnitud! Ketepatan pengukuran juga dipertingkatkan mengikut magnitud!
Soalan-soalan utamanya ialah:
Adakah ia sama apabila voltan yang diukur adalah nilai lain?
Pembaca mungkin ingin mengikuti persetujuan mengenai gangguan dalam bahagian kedua, menyatakan gangguan dengan satu siri nilai berangka, menimpa gangguan pada voltan yang diukur, dan kemudian mengira keputusan pengukuran setiap titik mengikut prinsip bawaan penukar AD, dan kemudian mengira nilai purata untuk pengesahan, selagi amplitud gangguan boleh menyebabkan bacaan selepas pengkuantuman AD berubah, dan frekuensi persampelan cukup tinggi (perubahan amplitud gangguan mempunyai proses peralihan, bukannya dua nilai positif dan negatif), dan ketepatannya mesti diperbaiki!
Dapat dibuktikan bahawa selagi voltan yang diukur bukan integer sepenuhnya (ia tidak wujud dalam dunia objektif), akan ada ralat kuantisasi AD. Tidak kira betapa besarnya ralat kuantisasi AD, selagi amplitud gangguan lebih besar daripada ralat kuantisasi AD atau lebih besar daripada resolusi minimum AD, ia akan menyebabkan keputusan pengukuran berubah antara dua nilai bersebelahan. Oleh kerana gangguan adalah simetri positif dan negatif, magnitud dan kebarangkalian penurunan dan peningkatan adalah sama. Oleh itu, apabila nilai sebenar lebih dekat dengan nilai yang mana, kebarangkalian nilai yang mana akan muncul adalah lebih besar, dan ia akan hampir dengan nilai yang mana selepas purata.
Iaitu: nilai min bagi pelbagai ukuran (nilai min gangguan ialah sifar) mestilah lebih dekat dengan hasil pengukuran tanpa gangguan, iaitu, menggunakan isyarat gangguan AC dengan nilai min sifar dan membuat purata pelbagai ukuran boleh mengurangkan ralat Kuantiti AD yang setara, meningkatkan resolusi pengukuran AD dan meningkatkan ketepatan pengukuran!
Masa siaran: 13 Julai 2023
