Здравствуйте.

Прошу подсказать способ и/или литературу, в которой он может быть описан для определения погрешности измерений.
Работаю над программным обеспечением измерителя переменного напряжения.

Вопросы знатокам метрологии:
Вопрос1. Какую погрешность вносит каждый из факторов описанных ниже в общую погрешность измерения напряжения?
Вопрос2. Какая потребуется калибровка, как её реализовать, чтобы точность измерения действующего напряжения была хотя бы в пределах вольта?


Разработчик железа заложил такую схему:
1. На вход подаётся переменное напряжение 220 В (есть линия фазы и нейтральная), отрицательная полуволна отрезается диодом
2. После фильтрации RC-фильтром напряжение попадает на делитель, состоящий из следующих резисторов: два последовательно соединенных резистора 255кОм, точка соединения с АЦП, 2 последовательно соединенных резистора 2,15кОм, общий провод. Точность всех резисторов 1%.
3. Встроенный 10битный АЦП мироконтроллера LPC13xx
4. Частота дискретизации составляет 2кГц
5. По измеренным значениям в разрядности double вычисляется среднеквадратичное значение напряжения (естественно по замерам попадающим на положительную полуволну).

Я так понимаю, что наибольшее влияние в аппаратной части оказывает разброс номиналов резисторов. Тогда если, например, на вход подать постоянное напряжение 100В или 200В, получить код АЦП и посчитать по нему реальное значение коэффициента делителя на резисторах, то потом достаточно будет его использовать в расчетах. Но такой подход мне самому кажется сомнительным. Да и где взять такое напряжение для калибровки (чтобы и точность была высокая, и пульсаций не было).

Если же использовать на этом делителе доступные напряжения порядка 24В, то при самых крайних разбросах номиналов резисторов разница будет в 1-2 дискрета АЦП, на уровне шумов.
Есть мысль параллельно с 255k+255k поставить небольшой резистор и с его помощью откалибровать прибор напряжением порядка 20В и как-то учесть при этом влияние бОльшего сопротивления. Можно ли сделать как-то так?

Также прошу оценить такую идею: если серии изготовления изделия будут небольшими, почему бы просто не измерять перед пайкой реальное сопротивление резисторов с помощью поверенного мультиметра (типа Agilent-a), и забивать их через программку в контроллер. Чем грозит такой способ? Насколько может влиять старение элементов?

Спасибо за терпение в прочтении этого сообщения, буду рад вашим ответам и рекомендациям.

Сообщение отредактировал SashaBe - May 20 2011, 05:09

После этого Вы как разработчик софта смело можете всю обработку свести к генератору случайных чисел дающих какое-нибудь распределение с максимумом 222 вольта для правдоподобности.

Спасибо за ответ.
А в чем конкретно проблема?
Разве нельзя сделать допущение, что напряжение более или менее симметрично и использовать измерения только по положительной полуволне?

То Вам погрешность в 1 В нужно вписать (это чуть меньше 0.5 % в Вашем случае), то такие смелые допущения...

Положим, это чрезмерно смелые допущения.
На какую тогда можно расчитывать точность при использовании данной схемотехники, насколько её можно увеличить с помощью калибровки и т.п.?

В реальной сети оно не симметричное.
С такой схемой можете не париться над софтом. А слово "метрология" в вашем случае вообще пустой набор звуков.

Затрудняюсь ответить, не влезая в частности и даташиты.
У разработчика схемотехники, наверняка, уже есть ответы и про точность, и про способы калибровки - иначе не понятно, на кой ляд он всё это придумывал.
Если правильно понимаю, изобретать какой-то тех. процесс - это не Ваша головная боль. Вот и оставьте её кому попало, пока Вам не дадут алгоритм выполнения калибровки, который Вы блестяще реализуете.

Что с ним делать, с реальным сетевым напряжением?
Выпрямлять мостом, например, уже лучше?

Посмотрите например структурную схему ADE7763 или аналогичных чипов.
Дальше думайте что из этого вы можете выкинуть и как это согласуется с вашим тз.

Для измерения сети следует понимать что:
* полуволны не симметричны
* форма сигнала не синусоидальная и может быть не стабильной, вплоть до того что каждый следующий полупериод отличается от предыдущего

Отвечаю на первый вопрос. Максимальная вносимая погрешность каждым из факторов:

до 50.5% (50% потому что одна полуволна не рассматривается, плюс 0.5% потому что диод еще и от положительной полуволны оттяпает скажем 1Вольт)


количество резисторов * точность резисторов. В случае четырех 1%-резисторов это будет 4%


0.1% если АЦП и его референс идеальны.


Вот тут лениво считать. Поищите скорость нарастания синусоиды и представьте что вы пропустили максимум между двумя отчетами. сможете сами посчитать насколько измеренная величина отличается от теоретического максимума


double он разный бывает, это только char у всех одинаковый.
на фоне остальных ужасов- пренебречь, то есть 0%.



Только разделить до подходящей величины и сразу в АЦП!
Никаких выпрямлений и прочей нелинейщины!

Ну уж так-то не пугайте. В зависимости от интересующей погрешности, при нормальном распределении и прочих тяжких от 4-х 1% резисторов в делителе или 2% получим, или 1% так и останется.
(перед делителем, правда, ещё какой-то RC фильтр поминался...)

Распределение может быть совсем не нормальным. Бывает, что вся партия в "минусе" или "плюсе", но в пределах заявленной погрешности. В этом случае получается почти суммирование погрешности.

Формализованный расчёт погрешностей таки уживается со свинцовыми мерзостями жизни, даже выпадающими из нормального поведения и распределения, а введение калибровки сводит погрешности к методическим и долгоиграющим. Ой, ещё погрешности калибровки забыл

Спасибо за развернутый ответ вам и всем ответившим!
Понял, что дизайн по моему описанию выглядит соверешенно несовместимым с понятием метрологии.

Выходит, что нужно использовать биполярное АЦП для измерения поделенного напряжения?

Вопрос ко всем:
Как решить задачу-минимум по калибровке: компенсирование разброса номиналов резисторов.

Для калибровки должен быть эталон. Нужно еще конструктивно обеспечить долговременную стабильность.