Порог чувствительности измерительной системы. Чувствительность к форме сигнала. Пределы измерений, динамический диапазон, страница 15

Передаточная функция может быть нелинейной, а реальные помехи часто имеют форму приращения Δd параметра d, выражающего влияние окружающей среды (как, например, в случае температуры окружающей среды или

Рис. 2 49. Взаимодействие между измерительной системой, измеряемым объектом, наблюдателем и их окружением (х- входной сигнал, у- выходной сигнал d - помехи).

напряжения питания в системе). Поэтому более точным определением величины   S_d будет следующее:

Можно считать, что аддитивные помехи являются результатом действия на входе эквивалентного сигнала помехи Δх_eq:

где S=(y/x)_Δd=0 - чувствительность самой измерительной системы В случае мультипликативного мешающего воздействия окружающей среды помеха d сказывается на чувствительности S измерительной системы  Мерой восприимчивости измерительной системы к такого рода помехам служит коэффициент помехи (или функция мешающего воздействия) C_d:

где d₁ – d₀ = Δd.

Терминология Когда имеют дело с помехой определенного вида, часто название этого вида помехи используется в словесном описании каждой из только что введенных мер Например, мы говорим чувствительность к напряжению питания S_v и температурный коэффициент С_Т измерительной системы

Даже в том случае, когда никакое входное напряжение не подано на вход нуль-детектора постоянного напряжения, стрелка измерительного прибора слегка отклонится Величина этого отклонения зависит, в частности, от напряжения питания Поэтому чувствительность по отношению к напряжению питания S_v, отражающая степень влияния этой аддитивной помехи, может составлять, например, 10 мкВ/В = 10 ^-5 (безразмерная величина).

Чувствительность (коэффициент усиления) измерительного усилителя определяется отношением сопротивлений двух резисторов, значения которых в какой-то мере зависят от температуры окружающей среды. Для подобной мультипликативной помехи температурный коэффициент С_Т  может равняться, например,  10^-5/К.

Влияние мешающего воздействия окружающей среды на измерительную систему может быть сведено к минимуму путем применения наименее чувствительной измерительной системы   Кроме того, можно предпринять также следующие меры для еще большего ослабления нежелательного влияния окружающей среды.

—  Можно изолировать измерительную систему (или ее часть) от внешних воздействий, например, путем электрического экранирования, стабилизации температуры окружающей среды, поддержания постоянной влажности и т.д.

— Можно применить метод измерения с малой собственной чувствительностью к помехам S_d. Например, мы можем сначала измерить выходной сигнал у₀, обусловленный только аддитивной помехой (при х = 0), затем измерить сигнал, появляющийся на выходе в результате совместного действия входного сигнала и помехи, а после этого снова измерить выходной сигнал y₁, вызванный только помехой Тогда скорректированный по отношению к помехе результат измерения будет иметь вид :у- ½(y₀+y₁).

— Можно построить измерительную систему ко компонентов с малыми значениями коэффициентов помех С_d, используя, например, элементы с малыми температурными коэффициентами.

— Можно спроектировать измерительную систему таким образом, чтобы неизбежные в других случаях помехи здесь компенсировали друг друга посредством параллельной или последовательной компенсации, или в результате компенсации путем вычисления отношения Эти три метода компенсации показаны на рис 2 .50.

Параллельная компенсация в измерительной системе (или в ее критической части) заключается в расщеплении ее на две параллельные части S₁ и S₂, каждая из которых подвергается действию одной и той же внешней помехи d. Чувствительность системы S оказывается равной S = S₁ + S₂ и действие любой аддитивной помехи уже не будет сказываться, если соответствующие чувствительности по отношению к помехе подсистем S₁ и S₂ будут удовлетворять соотношению:

S_d1 = - S_d2 ,

a S не будет чувствительна к мультипликативной помехе при

S₁ C_d1= - S₂ C_d2 .

Метод последовательной компенсации состоит в том, что измерительная система разбивается на две части, включенные последовательно, и такие, что подвержены действию одной и той же внешней помехи d. Чувствительность системы равна S = S₁ S₂ Если