Добрый день, господа!

Есть ли в природе хорошие книги, описывающие подход к калибровке приборов? В целом вопросов нет. Но появляются вопросы в частности.

К примеру. Делаем вольтметр. Используем n-битный АЦП.

Каждое звено измерительного тракта вносит погрешности. По идее - зависимость выходного кода АЦП от входного напряжения - линейная (это не совсем так). Раз зависимость линейная, то можно калибровать прибор по двум точкам, например на 0 вольт, и на напряжение, соотвествующее максимальному на шкале.

Практика показывает, что такой подход не всегда даёт удовлетворительный результат, т.к. появляются всякого рода нелинейности (естественно не от одного АЦП, т.к. перед ним различные нормализаторы, фильтры и т.п.).

Вот и хотелось бы вычитать теорию, т.к. сказать общий подход к этому делу. Какие точки от диапазона брать для калибровки, сколько штук, по какому полиному аппроксимировать и т.д. и т.п.

Просьба к геометрии за начальные классы не отсылать Ибо я не хочу сам изобретать теорию. Хочу, наоборот, почитать, что мировой опыт может мне дать.

Есть книги по электрорадиозмерениям (Елизаров, Мейзда и т.п.). Но там методика измерений. Немного матстатистики. Про калибровку ни слова.

В общем нужна хорошая книга, от которой можно стартовать.

Спасибо!!!

Первое, что стоит на книжной полке:
Болтон У. Карманный справочник инженера-метролога.
Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных по измерениям

А МирКниг ещё дополнил меня
Брянский Л.Н., Дойников А.С. Краткий справочник метролога. Изд-во стандартов, 1991 - 80 с.

Конечно, же
МИ 2247-93 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.
и Главный форум метрологов

МИ 1202-86

...ремарка: сейчас МИ 2247-93 ГСИ не действует, вместо него РМГ 29-99...

http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&am...bGE&cad=rjt



...ага - Карманный ... 384 страницы ...




Добавлю - на мой взгляд... хороший цикл статей по Вольтметрам с Большой буквы...
...советую пробежаться...
...на сайте есть и другие журналы со многими ответами на вопросы, которые трудно сформулировать...

http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&am...bGE&cad=rjt

Прошу прощения, это Вы о каком сайте? Метрологу.ру?
АААА, понял! Это по последней ссылке)))

Товарищи, огромное вам спасибо за помощь!!! Буду штудировать)

nicom, суперский журнал! Респектище)))

1. Необходимо знать область применения вольтметра. Постоянного напряжения, переменного.и т.д. Все эти параметры должны быть записаны в Техническое задание, если собираетесь разрабатывать серъёзные конструкции, а не заниматься для собственного удовольствия. Для меня эталоном служил В7-34. Советую за основу взять техническое описание этого прибора. У него, например, вся измерительно-преобразовательная электроиника защищена от внешних помех импульсными трансформаторами. На рынке вольтметров аналогов пока нет. Предполагается, что они работают в идеальных условиях и про помехи и их влияние на результат измерения ничего не говорится. Рыночная экономика...
2. На вход кроме сигнала одновременно попадает помеха и вы должны поставить фильтр или аналитически определить её влияние на результат измерения.
3. Начать нужно с теории информации. Это общий подход. У вас есть какой-то физический процесс, параметры которого вы хотите описать с помощью своего прибора. На основании математической модели названного процесса вы сможете определить требования к прибору.
4. П.П.Орнатский Автоматические измерения и приборы, П.В. Новицкий. Электрические измерения неэлектрических величин.

Не претендуя на абсолютность...

Не соглашусь!

Мы имеем парк приборов В7-78/1 и В7-34, и 78 превосходит по техническим (точностным, диапазонам измерений...) (практически по всем) и эксплуатационным характеристикам 34. + удобство, + доп. обработка, +, + габарит/вес, +USB, + + + + +

Но ради объективности скажу, есть и минусы: попались несколько приборов с разными показаниями при измерении СКЗ переменного напряжения импульсных сигналов (похоже, что АЧХ разная) пришлось подобрать пару, и несколько приборов из первых ремонтировались на предмет плохих конденсаторов питания (примерно через 1 год). (но 34 бывали в ремонте уже несколько раз...)

PS "и в заключении выступления" несколько цифр...

Параметры достаточно близки, но например - 34 и 78 соотв:

по постоянном напряжении +/- 0,01% ......... +/- 0,004% (для диапазона 10В - самого "точного" диапазона)
переменное напряжение +/- 0,5% ......... +/- 0,09% на 50Гц(! почему то)...

единственно - надо сравнивать аккуратно и привести значения параметров погрешности к единой шкале, например, процентам... в РЭ погрешности на приборы указаны в разных единицах измерения (% и МЗР).
......... и т.д.

написано, что сделаны в Тайване, но внесены в Госреестр РФ, как СИ ...

..."справедливости для"- наши 34-е были собраны в 1988, что для своего времени было очень прилично... а новые -2007...

PPS Хотя, опять таки, обоим приборам, по сравнению ...

http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&am...bGE&cad=rjt

Это работа. Но для меня это удовольствие) Совпало
Погрешности у нас такие:
1. Диапазон напряжений +-350 В.
2. Погрешности по краям диапазона (-350 и +350 В) 1%, а в середине (т.е. 0 В) 1.5 %.

Это не совсем вольтметр. Скорее измерительный тракт в одном приборе... Вроде погрешность-то не супер, но всё-равно надо постараться, чтобы сделать нормально (я пока впервые с таким сталкиваюсь))))

Спасибо!


Сегодня с ним работал, калибруя свою машинку. Да, прибор вызывает уважение, несмотря на габариты Точный, зараза!

1) 10 точек, равномерно распределенных по диапазону, это минимум, если работа действительно любима, то можно и 20 снять
2) МНК, хотя бы в Excel - оценить погрешность нелинейности.
3) Проверить первые и вторые разности между точками на предмет, что уравнение преобразования м.б. нелинейно.

Это будет все-таки уравнение преобразования, а не калибровочная характеристика. Калибровка для меня это корректировка смещения нуля и чувствительности, а это уже другой метрологический эксперимент, см. ниже.


4) Возможные предположения о мешающих факторах - мультипликативные и аддитивные уходы уравнения преобразования в условиях эксплуатации. Дополнительные испытания на МФ.

ПРИНЦИПИАЛЬНО не соглашусь. в "0" не может быть достигнута такая погрешность!!!

понятие погрешности ((Ux - U эт)/Uэт)* 100 при Uэт=0 лишено практического смысла!

При 0 обычно указывают погрешность смещения.
Или пишут формулу погрешности. Но, обычно, при "0" формула опять таки не работает.
............

nicom, м.б. приведенная к диапазону? Да, это требует уточнения

1. Названное "превосходство" технических характеристик должно подтверждаться практически в Госстандарте при поверке. Если вы узнаете стоимость поверки прибора класса 0.004%, то ваше мнение об этих цифрах точности изменится. Моё мнение сформировалось после общения с инженером, который поверял мой вольтметр. Стоимость полной поверки В7-34 превышала стоимость прибора на рынке в 80-х годах, поэтому мы аттестовали его только в режиме вольтметра. Это для класса 0.01%. Для класса 0.004% стоимость поверки возрастает на порядок. Его, например нужно в течение нескольких часов выдерживать при постоянной температуре в одном помещении с поверочной установкой, если такая имеется в вашем райне.
2. Если сравнить инструкцию по эксплуатации у В7-34, то там приводится формула для вычисления погрешности результата измерения в полном объёме. У "новых" моделей приборов, в соответствие с рыночной стратегией, многие факторы погрешности, насколько я знаком с аналогами, описаны неясно или расплывчато.
3. Если в работаете в обычном, необорудованном специально, помещении, то реально вы можете проводить измерения с погрешностью 0.05% прибором класса 0.01. Для работы с прибором, который может проводить измерения с погрешностью 0.004%, у вас должно быть специально оборудованное помещение с отдельным кабелем питания и качественным заземлением. Названное помещение и мероприятия по питанию и заземлению обойдутся в приличную сумму, если это вообще возможно. Особенно в наше время, когда вышки сотовой связи расположени практически везде. Плюс раиотелефоны, СВЧ печки и т. д.
4. АЦП двойного интегрирования на определённой частоте имеет нулевую чувствительность к помехе. Она подавляется по анологу синхронного фильтра.
5. 34-е ещё долго будут работать. А новые...


В технически цивиллизованном мире приборами занимаются специалисты, которые по запросу разработчика приносят прибор, собирают схему измерения и выдают формулу расчёта погрешности. Ему, разработчику, не разрешается изменять схему измерения.
У нас пока 4 в одном и за одну зарплату - разработчик, монтажник, метролог и экспериментатор.

На мой взгляд тема интересна и может быть полезна, по этому еще несколько комментариев...



Для нас ЗАПРЕЩЕНО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ неповеренных приборов при выпуске продукции. За этим следят строго.
Да, по этому приходится платить...
Методика поверки и собственно процедура для 34 описана... сложнее с 78, но мы ее самостоятельно не проводим - отдаём (в РосТест)...
Как происходит поверка у вольтметров - не скажу, но, при прохождении сертификации на ряд наших приборов и занесении в ГосРеестр СИ общался (многократно и со многими специалистами) - и не сочтите за рекламу - мне понравилсось с ними работать, специалисты очень грамотные и компетентныне. В свидетельствах, полученных из поверки указаны предельные диапазоны (те же 0.004% по пост.) и подтвержденная запись соответствия характеристик. Собственно протоколов с цифрами я не видел, да, в принципе, они не нужны, только интересны...
...может быть ошибаюсь, но нас поверяют каким то навороченным калибратором... (если не забуду - спрошу каким...)


Зато, например, в новых приборах используется достаточно мощный DSP процессор, на который возложена часть вычислительных функций, которые реализовать ранее было невозможно или лишено здравого смысла по другим показателям... Но, Вы абсолютно правы - алгоритмы не описаны...



...так как может быть еще этот текст читают... добавл, что ОГРОМНЫЙ вклад вносят подключающие провода, кабели, способ их подключения к измеряемой цепи, и какой вклад вносят такие цепи... один только термоэлектрический эффект что стоит, да с "современными" низкокачественными соединителями... какие петли, свивка проводов, да и просто воздействие аккустического и вибро шума на кабели не имеюжие защиты от трибоэффектов....



...согласен, но бОльший вклад вносят погрешности опоры, качественного делитея, разводки плат, ... Да вообще всего...
кстати, опорники сейчас стали очень приличные...

...есть ссылка, (откуда то) может быть даже с нашего форума ... будет полезна...

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=52829


...там же подтверждение...

Да, и в продолжение разговора - для автора темы haker_fox, дополню, что погрешности на приборы обычно указывают только начиная с 1/10 от диапазона.

А если конкретно, то ГОСТ 14014-91...
раздел методов испытаний

...диапазон с наименьшей нормируемой погрешностью...

... рекомендуется проверять в точках:

X1=(0.1-0.15)Xк
X2=(0.2-0.3)Xк
X3=(0.4-0.6)Xк
X4=(0.7-0.8)Xк
X5=(0.9-1.1)Xк
где Хк - значение диапазона...

Добрый день! Всем большующее спасибо за помощь! Столько всего интересного, до сих пор разбираюсь, читаю и штудирую.

На счёт погрешности в 0: я вечером писал, сильно устал. Естественно говорить о любой погрешности в нуле - неправильно. Поэтому я думаю, что можно ограничиться значениями -1 и +1 В. Меньшие значения можно измерять хоть с +-30%.

Очень похоже на современные компьютеры с 2,4,6 и т.д. ядрами процессоров на материнской плате с 64-разрядной электроникой. Ещё не разработаны программы, для которых нужна такая вычислительная мощность с такой разрядностью информационных линий процессора.
Для разработки таких программ нужно, соответственно, разработать системы программирования и отладки, которые должны применяться программистами.
Уверен, что схема вольтметра с DSP- процессором имеется только у производителя и вам ремонт практически недоступен. В полном объёме этот навороченный прибор никогда не испытывался. Программные средства диагностики и ремонта тоже недоступны. Надеюсь, что слишком придирчив к новому, но имеющийся опыт показывает необходимость такого отношения к разработке.
Например, такой простой пример. Необходимо передать поток информации от одного источника с внутренним сопротивление R1 к приёмнику с внутренним сопротивлением R2. При каком значении Q=R1/R2 на вход приёмника попадёт максимальная мощность полезного информационного сигнала? Источником информации служит переменный резистор R1 (фоторезистор), через который проходит ток от источника ЭДС.
Типовой ответ - R1=R2. Неправильно. Если вы построите график передачи мощности информационного сигнала, то оно, оптимальное соотношение сопротивлений приёмника и передатчика, будет значительно отличаться от еденицы.
Для проверки такого утверждения нет надобности в ЭВМ. Достаточно простого калькулятора.

По поводу того, что дают DSP, посмотрите на возможности ВВК-1. Не сочтите за рекламу, это "умерший" прибор, он прошел все серитификации (неофициально, т.е. без официальных бумаг), и уже несколько лет используется во ВНИИМСе, но дальше этого дело не пошло - кончились деньги и некому заниматься сбытом, а прибор специфический и недешевый. Можете глянуть и на его более позднего и не до конца доведенного (в плане документации и подготовки к производству, все испытания прошел) "собрата" по несчастью - МВУ-1.

Именно благодаря DSP и современной электронике ВВК-1 обеспечивает погрешность (реальную!) от 0.005% (АС, 50-60 Гц) и порядка 3 ppm (0.3 ppm в режиме компаратора) по фазе. Просмотрите описания его режимов (окон программы), думаю понравится.

Все это - стандартные возможности, которые дает DSP (ну + много математики и изрядно метрологии).

Можете продемонстрировать на конкретном примере?
Берем источник 1V с внутренним сопротивлением 100 Ohm и подключаем нагрузку. Считаем на калькуляторе для разных Rнагр. Имеем максимум, 2.5 mW именно при сопротивлении нагрузки 100 Ohm.

Другое дело, если сопротивление нагрузки фиксированное, а сопротивление источника можно изменить. Тогда сопротивление источника желательно уменьшать, и для того же примера и 100 Ohm нагрузки, при 0 сопротивлении источника получим 10 mW.

Вы посчитали просто мощность на нагрузке при R1=R2, но при этом, при первом включении, вы сможете передать только один бит информации. Чтобы передавать биты информации, нужно изменять сопротивление R1 и при этом будет происходить модуляция мощности сигнала при разных значениях резистора R1.
А теперь из классики информационно-измерительных преобразователей.
Преобразователи делятся на два типа, генераторные и параметрические. Мы обсуждаем параметрический датчик, у которого под внешним воздействием изменяется внутренний параметр - сопротивление. Для работы с такими преобразователями необходим источник тока или источник ЭДС. Источник ЭДС включается последовательно в контур с резисторами R1 и R2, это называется последовательной сземой включения параметрических датчиков. Источник тока включается в параллельной схеме, когда источник тока и наванные сопротивленич включены параллельно.
Для последовательной схемы максимальное значение разности мощности для двух крайних значениях резистора R1 будет при R1=2R2.
Для параллельной схемы условие согласования 2R1=R2.
Все ответы на дополнительные вопросы можно найти в "Электрические измерения неэлектрических величин. П.В.Новицкий, 1975 г. изд.Энергия" стр. 101.