Анализ источников погрешностей и возможные способы их снижения

Для анализа погрешностей, необходимо записать уравнение движения подвижной системы поплавкового акселерометра с электрической пружиной.

Ј∙j¢¢-Сφ ∙j¢+кφ ∙j = [Q∙l(aX ∙cosj - aY ∙sinj)]/g ± МП

Выходной сигнал в установившемся режиме определяется выражением:

UВЫХ = [RН ∙ mП∙l(aX∙cosj - aY∙sinj)]/KДМ = SX ∙ aX - SY ∙ aY

SX = mП ∙l∙cosj/ KДМ » mП ∙l/ KДМ

SY = mП ∙l∙sinj/ KДМ » mП ∙l∙j/ KДМ

Где mП = Q/g - масса поплавка, и вследствие малости углов j принято, что cosj = 1, а sinj = j.

Таким образом, чувствительность акселерометров с электрической пружиной не зависит от нелинейности характеристик датчика перемещения, усилителя и от колебания питающего напряжения, что является основным преимуществом перед приборами с механической пружиной.

Идеальный акселерометр должен иметь характеристику вида

UВЫХ = S∙ aВХ,

Где UВЫХ - выходной сигнал,

S - крутизна прибора,

aВХ - ускорение по входной оси.

Однако существует большое количество факторов, искажающих идеальную характеристику. Их действие проявляется в том, что появляется выходной сигнал при aВХ = 0, крутизна акселерометра оказывается зависимой от измеряемого ускорения, и выходная характеристика становится нелинейной. Непостоянство крутизны S называется нелинейностью акселерометра, а величина UВЫХ, при aВХ = 0 - погрешностью нуля или аддитивной погрешностью.

Во время измерения подвижная система акселерометра подвергается внешнему воздействию, вследствие чего возникают ошибки, такие как ошибка от перекрестной связи, показывающая чувствительность акселерометра к ускорению, перпендикулярному входной оси, ошибки описывающие чувствительность акселерометра к силам гравитации, или, точнее, с учетом вращения Земли, к силе тяжести и др.

Помимо этих внешних моментов на подвижную систему действуют моменты внутреннего характера:

МП = МТР + МТЯЖ + МКОНВ,

Где МП - момент помех, действующий на подвижную систему внутри прибора;

МТР - момент от сил трения в опорах;

МТЯЖ - момент тяжения, создаваемые токоподводами датчиков перемещения;

МКОНВ - момент от конвективных потоков жидкости.

Выходной напряжение преобразователя момент - напряжение электрической пружины равно

UВЫХ = Rн∙ МZ/ KДМ = SMU ∙ МZ

KДМ = В∙l∙w∙r,

Индукция В и активная длина проводника l могут меняться при перемещении обмоток в рабочем зазоре, поэтому крутизна преобразователя непостоянна, и ДМ имеет нелинейную характеристику относительно угла поворота. Таким образом, если отбросит аддитивные погрешности, линейность характеристики зависит от постоянства произведения

SX = SX’(j)∙SMU (j),

То есть является функцией угла поворота подвижной системы. Согласно принятой классификации, ошибки можно разделить на методические и инструментальные, управляемые и неуправляемые, систематические и случайные, аддитивные и ошибки крутизны.

· Методические погрешности. Это погрешности, обусловленные линейными ускорениями по перекрестным осям, чувствительность акселерометра к гравитационным силам и к угловому ускорению по оси z, ошибки от изменения крутизны прибора. Из всех погрешностей этой группы управляемыми являются только те, которые зависят от угла поворота j. Ограничив угол поворота, можно уменьшить эти погрешности.

· Инструментальные погрешности. К этим погрешностям относятся все ошибки, вызванные отличаем от заданного или неопределенностью значения параметров, входящих в выражение для статической характеристики прибора. Несоответствие параметров заданным может быть следствием неточности изготовления элементов прибора, изменения параметров окружающей среды, старения материалов. Такими погрешностями будут внутренние силы, действующие на подвижную часть прибора. Исходя из этого, схемы с компенсационным измерением предпочтительнее, так как в уравнение выходной характеристики входят параметры меньшего количества узлов. К управляемым погрешностям относятся те, величину которых можно уменьшить, применяя дополнительные структурные элементы, компенсирующие изменение параметров основного узла.

Другие стьтьи в тему

Расчет и конструирование схемы параллельного регистра на триггере CLD - типа
Одним из основных достижений микроэлектроники является создание на основе фундаментальных и прикладных наук новой элементной базы - интегральных микросхем. Развитие вопросов проектирования и совершенствование технологии позволило в короткий срок создать высокоинтегрированные функциона ...

Резистивные преобразователи
Резистивные преобразователи представляют собой разновидность параметрических преобразователей, которые под воздействием измеряемой величины изменяют собственное электрическое сопротивление или сопротивление участка цепи. Измеряют угловое и линейное перемещение, входят в состав д ...