2. Основные статические характеристики си са

   1. Точность, разрешающая способность и порог чувствительности

Точность (погрешность) - характеризует степень отличия результата измерения от точного значения, связанного с эталоном единицы ФВ. Показывает, какое минимальное отклонение измеряемой величины может быть зарегистрировано СИ.

Порог чувствительности – минимальное значение измеряемой СИ величины, равное его погрешности. Например, если модуль ввода в диапазоне измерений -10...+10В имеет погрешность ±0.05%, то его порог чувствительности равен ±5 мВ.

Разрешающая способность – характеризует способность различить близкие значения ФВ. Соответствуюет величине младшего значащего разряда (МЗР) СИ при измерении (т.е. преобразовании значения ФВ в цифровую форму).

В приведенном примере: в диапазоне (10 – (-10) = 20) при 16-разрядном АЦП этот модуль может различить 2 входных сигнала, отличающихся на 20/2¹⁶ = 0.3 мВ, т.е. его разрешающая способность в |±5/0,3 | = 16 раз выше порога чувствительности. Это справедливо если уровень собственных шумов модуля ввода ниже величины МЗР, т.е. погрешность модуля является чисто систематической.

Порог чувствительности, определяемый погрешностью измерений, может быть гораздо больше, чем разрешающая способность, поскольку включает:

• нелинейность СИ во всем диапазоне измерений;

• динамику процесса старения СИ;

• технологический разброс метрологических параметров от прибора к прибору;

• не только систематическую, но и случайную погрешность.

Некоррелированная компонента погрешности может быть уменьшена до уровня МЗР путем многократных измерений с последующим усреднением результатов.

Разрешающая способность не зависит от перечисленных факторов, что объясняет ее отличие от порога чувствительности и погрешности.

Примеры существенных отличий требований к погрешности и разрешающей способности.

Пример 1. Релейный регулятор по знаку разности между температурой в печи и значением уставки. Если используется термопара с погрешностью 2°С, то для измерения температуры в диапазоне 0...100 °С достаточно 50 уровней квантования, обеспечиваемых 6-разрядным АЦП. В этом случае колебания температуры в процессе регулирования не могут быть менее 2°С. Если же использовать 16-разрядный АЦП, то разрешающая способность по температуре составит 100/2¹⁶ = 0.0015°С.

Пример 2. В элеваторах для хранения растительного сырья наблюдается эффект самосогревания, связанный, с деятельностью микроорганизмов (гниение). Для обеспечения качества зерна абсолютное значение температуры достаточно знать с погрешностью в несколько °С, но факт ее роста желательно фиксировать с разрешающей способностью 0.1...0.01°С. Высокая разрешающая способность позволяет предупредить развитие очага самосогревания на ранней стадии и расположить датчики температуры на большом расстоянии один от другого.

Пример 3. Для обнаружения момента времени начала химической реакции по признаку начала роста температуры, необходим прибор с высокой разрешающей способностью, но необязательно высокой точностью.

Пример 4. При оценке параметров колебательного процесса (декремент затухания колебаний, период колебаний, коэф-т нелинейных искажений, длительность переходного процесса, величина помехи на фоне полезного сигнала) - находится соотношение ординат или абсцисс функции в разных ее точках, т.е. пропорции между отдельными частями графика, которые не зависят от самого значения функции. Поэтому такие измерения могут быть выполнены прибором, имеющим низкую точность, но высокую разрешающую способность. Дополнительным требованием в этом примере является достаточная линейность измерительного канала в рассматриваемом диапазоне.

Для улучшения разрешающей способности при низкой точности используется электронная лупа (zoom) – линейное усиление сигналов.

Точность, разрешающая способность и порог чувствительности в общем случае выше у АЦП с большим числом двоичных разрядов, хотя прямой связи нет, проскольку АЦП с высокой разрядностью может иметь большой уровень шумов, высокую нестабильность источника опорного напряжения и связанную с ними низкую точность.