I. Introducción
¿Es cierto que el agua enciende velas? ¡Es cierto!
¿Es cierto que las serpientes le temen al rejalgar? ¡Es falso!
Lo que vamos a discutir hoy es:
La interferencia puede mejorar la precisión de la medición, ¿es cierto?
En circunstancias normales, la interferencia es el enemigo natural de la medición. La interferencia reducirá la precisión de la medición. En casos graves, la medición no se realizará con normalidad. Desde esta perspectiva, la interferencia puede mejorar la precisión de la medición, ¡lo cual es falso!
Sin embargo, ¿es esto siempre así? ¿Existe alguna situación en la que la interferencia no reduzca la precisión de la medición, sino que la mejore?
¡La respuesta es sí!
2. Acuerdo de Interferencia
En relación con la situación actual, llegamos al siguiente acuerdo sobre la interferencia:
- La interferencia no contiene componentes de CC. En la medición real, la interferencia es principalmente de CA, lo cual es razonable.
- En comparación con la tensión de CC medida, la amplitud de la interferencia es relativamente pequeña, lo cual coincide con la situación real.
- La interferencia es una señal periódica, o su valor medio es cero dentro de un período fijo. Esto no es necesariamente cierto en la medición real. Sin embargo, dado que la interferencia suele ser una señal de CA de mayor frecuencia, para la mayoría de las interferencias, la convención de un valor medio cero es razonable durante un período más largo.
3. Precisión de la medición bajo interferencia
La mayoría de los instrumentos y medidores de medición eléctrica utilizan actualmente convertidores AD, y su precisión de medición está estrechamente relacionada con la resolución del convertidor. En general, los convertidores AD con mayor resolución ofrecen mayor precisión de medición.
Sin embargo, la resolución del AD siempre es limitada. Suponiendo que la resolución del AD es de 3 bits y que el voltaje de medición más alto es de 8 V, el convertidor AD equivale a una escala dividida en 8 divisiones, cada una de las cuales equivale a 1 V. El resultado de la medición de este AD siempre es un entero, y la parte decimal siempre se conserva o se descarta, lo cual se supone que se conserva en este documento. Conservar o descartar causará errores de medición. Por ejemplo, 6,3 V es mayor que 6 V y menor que 7 V. El resultado de la medición del AD es de 7 V, con un error de 0,7 V. Este error se denomina error de cuantificación del AD.
Para facilitar el análisis, suponemos que la escala (convertidor AD) no tiene otros errores de medición excepto el error de cuantificación AD.
Ahora, utilizamos dos escalas idénticas para medir los dos voltajes de CC que se muestran en la Figura 1 sin interferencia (situación ideal) y con interferencia.
Como se muestra en la Figura 1, la tensión de CC medida es de 6,3 V. La tensión de CC de la figura izquierda no presenta interferencias y se mantiene constante. La figura de la derecha muestra la corriente continua perturbada por la corriente alterna, con cierta fluctuación en su valor. La tensión de CC del diagrama derecho es igual a la tensión de CC del diagrama izquierdo tras eliminar la señal de interferencia. El cuadrado rojo de la figura representa el resultado de la conversión del convertidor AD.
Voltaje CC ideal sin interferencias
Aplicar un voltaje de CC interferente con un valor medio de cero
Realice 10 mediciones de la corriente continua en los dos casos de la figura anterior y luego promedie las 10 mediciones.
La primera escala de la izquierda se mide 10 veces, y las lecturas son las mismas en cada ocasión. Debido a la influencia del error de cuantificación AD, cada lectura es de 7 V. Tras promediar 10 mediciones, el resultado sigue siendo de 7 V. El error de cuantificación AD es de 0,7 V, al igual que el error de medición.
La segunda escala a la derecha ha cambiado drásticamente:
Debido a la diferencia entre la tensión de interferencia y la amplitud, el error de cuantificación de AD varía en los distintos puntos de medición. Al variar el error de cuantificación de AD, el resultado de la medición de AD varía entre 6 V y 7 V. Siete mediciones fueron de 7 V, solo tres de 6 V, y el promedio de las 10 mediciones fue de 6,3 V. El error es de 0 V.
De hecho, ningún error es imposible, porque en el mundo objetivo no existe un límite estricto de 6.3 V. Sin embargo, sí existen:
En caso de no haber interferencias, dado que cada resultado de medición es el mismo, después de promediar 10 mediciones, ¡el error permanece inalterado!
Cuando existe una cantidad adecuada de interferencia, tras promediar 10 mediciones, el error de cuantificación de AD se reduce en un orden de magnitud. ¡La resolución mejora en un orden de magnitud! ¡La precisión de la medición también mejora en un orden de magnitud!
Las preguntas clave son:
¿Es lo mismo cuando el voltaje medido es otro valor?
Los lectores pueden desear seguir el acuerdo sobre interferencia en la segunda sección, expresar la interferencia con una serie de valores numéricos, superponer la interferencia en el voltaje medido y luego calcular los resultados de la medición de cada punto de acuerdo con el principio de acarreo del convertidor AD, y luego calcular el valor promedio para la verificación, siempre que la amplitud de interferencia pueda hacer que la lectura después de la cuantificación AD cambie, y la frecuencia de muestreo sea lo suficientemente alta (los cambios de amplitud de interferencia tienen un proceso de transición, en lugar de dos valores de positivo y negativo), ¡y se debe mejorar la precisión!
Se puede demostrar que, mientras el voltaje medido no sea exactamente un entero (no existe en el mundo objetivo), habrá un error de cuantificación AD. Independientemente de su magnitud, si la amplitud de la interferencia es mayor que el error de cuantificación AD o que su resolución mínima, el resultado de la medición variará entre dos valores adyacentes. Dado que la interferencia es simétrica positiva y negativa, la magnitud y la probabilidad de aumento y disminución son iguales. Por lo tanto, cuanto más cercano esté el valor real a qué valor, mayor será la probabilidad de que aparezca un valor, y se aproximará a qué valor después del promedio.
Es decir: el valor medio de múltiples mediciones (el valor medio de interferencia es cero) debe estar más cerca del resultado de la medición sin interferencia, es decir, usar la señal de interferencia de CA con un valor medio de cero y promediar múltiples mediciones puede reducir los errores de cuantificación de AD equivalentes, mejorar la resolución de la medición de AD y mejorar la precisión de la medición.
Hora de publicación: 13 de julio de 2023
