I. Pendahuluan
Benarkah Air Bisa Menyalakan Lilin? Ya, Benar!
Benarkah ular takut pada realgar? Itu salah!
Yang akan kita bahas hari ini adalah:
Interferensi dapat meningkatkan akurasi pengukuran, benarkah demikian?
Dalam keadaan normal, interferensi adalah musuh alami pengukuran. Interferensi akan mengurangi akurasi pengukuran. Dalam kasus yang parah, pengukuran tidak akan dilakukan secara normal. Dari perspektif ini, interferensi dapat meningkatkan akurasi pengukuran, yang merupakan pernyataan yang salah!
Namun, apakah ini selalu demikian? Adakah situasi di mana interferensi tidak mengurangi akurasi pengukuran, melainkan malah meningkatkannya?
Jawabannya adalah ya!
2. Perjanjian Interferensi
Berdasarkan situasi aktual, kami mencapai kesepakatan berikut mengenai intervensi tersebut:
- Interferensi tidak mengandung komponen DC. Dalam pengukuran sebenarnya, interferensi terutama berupa interferensi AC, dan asumsi ini masuk akal.
- Dibandingkan dengan tegangan DC yang terukur, amplitudo interferensi relatif kecil. Hal ini sesuai dengan situasi sebenarnya.
- Interferensi adalah sinyal periodik, atau nilai rata-ratanya adalah nol dalam periode waktu tetap. Hal ini belum tentu benar dalam pengukuran sebenarnya. Namun, karena interferensi umumnya merupakan sinyal AC frekuensi tinggi, untuk sebagian besar interferensi, konvensi nilai rata-rata nol cukup masuk akal untuk periode waktu yang lebih lama.
3. Akurasi pengukuran di bawah gangguan
Sebagian besar instrumen dan meter pengukuran listrik saat ini menggunakan konverter AD, dan akurasi pengukurannya sangat berkaitan dengan resolusi konverter AD tersebut. Secara umum, konverter AD dengan resolusi lebih tinggi memiliki akurasi pengukuran yang lebih tinggi.
Namun, resolusi AD selalu terbatas. Dengan asumsi resolusi AD adalah 3 bit dan tegangan pengukuran tertinggi adalah 8V, konverter AD setara dengan skala yang dibagi menjadi 8 bagian, setiap bagian adalah 1V. Hasil pengukuran AD ini selalu berupa bilangan bulat, dan bagian desimal selalu dibawa atau dibuang, yang diasumsikan dibawa dalam makalah ini. Membawa atau membuang akan menyebabkan kesalahan pengukuran. Misalnya, 6,3V lebih besar dari 6V dan kurang dari 7V. Hasil pengukuran AD adalah 7V, dan terdapat kesalahan sebesar 0,7V. Kita menyebut kesalahan ini sebagai kesalahan kuantisasi AD.
Demi kemudahan analisis, kita mengasumsikan bahwa skala (konverter AD) tidak memiliki kesalahan pengukuran lain kecuali kesalahan kuantisasi AD.
Sekarang, kita menggunakan dua skala identik tersebut untuk mengukur dua tegangan DC yang ditunjukkan pada Gambar 1 tanpa interferensi (situasi ideal) dan dengan interferensi.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, tegangan DC terukur sebenarnya adalah 6,3V, dan tegangan DC pada gambar sebelah kiri tidak memiliki gangguan apa pun, dan nilainya konstan. Gambar sebelah kanan menunjukkan arus searah yang terganggu oleh arus bolak-balik, dan terdapat fluktuasi tertentu pada nilainya. Tegangan DC pada diagram sebelah kanan sama dengan tegangan DC pada diagram sebelah kiri setelah sinyal gangguan dihilangkan. Kotak merah pada gambar mewakili hasil konversi konverter AD.
Tegangan DC ideal tanpa gangguan
Berikan tegangan DC pengganggu dengan nilai rata-rata nol.
Lakukan 10 pengukuran arus searah pada dua kasus dalam gambar di atas, lalu rata-ratakan ke-10 pengukuran tersebut.
Skala pertama di sebelah kiri diukur 10 kali, dan pembacaannya selalu sama. Karena pengaruh kesalahan kuantisasi AD, setiap pembacaan adalah 7V. Setelah 10 pengukuran dirata-ratakan, hasilnya tetap 7V. Kesalahan kuantisasi AD adalah 0,7V, dan kesalahan pengukuran adalah 0,7V.
Skala kedua di sebelah kanan telah berubah secara dramatis:
Karena perbedaan antara tegangan interferensi positif dan negatif serta amplitudonya, kesalahan kuantisasi AD berbeda pada titik pengukuran yang berbeda. Di bawah perubahan kesalahan kuantisasi AD, hasil pengukuran AD berubah antara 6V dan 7V. Tujuh dari pengukuran adalah 7V, hanya tiga yang 6V, dan rata-rata dari 10 pengukuran adalah 6,3V! Kesalahannya adalah 0V!
Sebenarnya, tidak ada kesalahan yang mustahil, karena di dunia objektif, tidak ada 6,3V yang mutlak! Namun, memang ada:
Dalam kasus tanpa gangguan, karena setiap hasil pengukuran sama, setelah merata-ratakan 10 pengukuran, kesalahan tetap tidak berubah!
Ketika terdapat jumlah interferensi yang sesuai, setelah 10 pengukuran dirata-ratakan, kesalahan kuantisasi AD berkurang hingga satu tingkat besaran! Resolusi meningkat hingga satu tingkat besaran! Akurasi pengukuran juga meningkat hingga satu tingkat besaran!
Pertanyaan-pertanyaan kuncinya adalah:
Apakah hasilnya sama jika tegangan yang diukur bernilai berbeda?
Pembaca mungkin ingin mengikuti kesepakatan tentang interferensi di bagian kedua, menyatakan interferensi dengan serangkaian nilai numerik, menumpangkan interferensi pada tegangan yang diukur, dan kemudian menghitung hasil pengukuran setiap titik sesuai dengan prinsip carry dari konverter AD, dan kemudian menghitung nilai rata-rata untuk verifikasi, selama amplitudo interferensi dapat menyebabkan pembacaan setelah kuantisasi AD berubah, dan frekuensi pengambilan sampel cukup tinggi (perubahan amplitudo interferensi memiliki proses transisi, bukan dua nilai positif dan negatif), dan akurasi harus ditingkatkan!
Dapat dibuktikan bahwa selama tegangan yang diukur bukan bilangan bulat tepat (tidak ada di dunia objektif), akan ada kesalahan kuantisasi AD, sebesar apa pun kesalahan kuantisasi AD tersebut, selama amplitudo interferensi lebih besar dari kesalahan kuantisasi AD atau lebih besar dari resolusi minimum AD, maka hasil pengukuran akan berubah antara dua nilai yang berdekatan. Karena interferensi bersifat simetris positif dan negatif, besaran dan probabilitas penurunan dan peningkatannya sama. Oleh karena itu, ketika nilai sebenarnya lebih dekat ke nilai tertentu, probabilitas nilai tersebut muncul lebih besar, dan nilai tersebut akan lebih dekat ke nilai tertentu setelah dirata-ratakan.
Artinya: nilai rata-rata dari beberapa pengukuran (nilai rata-rata interferensi adalah nol) harus lebih dekat ke hasil pengukuran tanpa interferensi, yaitu, menggunakan sinyal interferensi AC dengan nilai rata-rata nol dan merata-ratakan beberapa pengukuran dapat mengurangi kesalahan kuantisasi AD yang setara, meningkatkan resolusi pengukuran AD, dan meningkatkan akurasi pengukuran!
Waktu posting: 13 Juli 2023
