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计算​绝对​精度​或​系统​精度

概览

本文​介绍​了​确定​数据​采集​(DAQ)​设备​或​模​块、​CompactDAQ (cDAQ)、​CompactRIO (cRIO) C​系列​模​块​或​SCXI​系统​的​组​件​或​整个​系统​的​测量​精度​的​方法。​本文​内容​适用​于​刚刚​开始​使用​系统,​且​出现​错误​或​非​预期​测量​结果​的​用户,​可​帮助​用户​验证​设备​或​模​块​是否​满足​应用​程序​的​需求。

内容

概述

首先,​您​应​了解:代码​宽度​和​分辨​率​位​本身​不能​定义​设备​或​模​块​的​精度

本​解决​方案​介绍​了​通过​确定​每​个​系统​组​件​的​精度,​然后​计算​整体​系统​精度​的​方法。​计算​系统​测量​精度​的​步骤​包括:

  1. 确定​精度​和​环境​参数。
  2. 计算​每​个​系统​组​件的绝对​精度
  3. 使用绝对​精度值​计算系统​精度系统​精度​与​输入​比例​(RTI)

额外​信息​章节​中​包含​计算​的​范例

 

步骤​1:​确认​影响​计算​精度​的​变量

首先,​确定​每​个​组​件​已​连接​至​系统,​然后​确认​全部​可​影响​计算​精度​的​变量。

在​本​范​例​中,​假设SCXI-1125​隔离​模块使用SCXI-1352​线缆级​联​至​另​一个SCXI-1141​滤波​器​模块。​然后​将​滤波​器​模​块​连接到NI 6052E DAQ​设备

SCXI 1125 » SCXI 1141 » NI 6052E

设定​如下:

  • 单​点​读​数​(非​平均)
  • 环境​温度 = 25°C
  • SCXI-1125​滤波​器 = 10 KHz
  • SCXI-1125​输入​量程 = +/- 10 V
  • SCXI-1141​输入​量程 = +/- 5 V
  • NI 6052E​输入​量程 = +/- 5 V
  • 常规 vs. 最大​百分比​读​数 = 常规
  • 上次​校准​距今​的​时间 = 小​于​1年

 

步骤​2:​计算​每​个​组​件​的​绝对​精度

计算​每​个​组​件的绝对​精度

对于​具有​增益​的​单​个​设备​(放大器​或​衰减​器),​对于​指定​的​标​称​范围,​NI​提供​以​毫伏​为​单位​的​绝对​精度​规范。​基于​不同​的​误差​表现,​可​使用3​种​不同​的​公式来​计算​精度。​全部​公式​如下:


​公式​1:

绝对​精度 =​± [(电压​读​数 x 增益​误差) + (电压​范围 x 偏​置​误差) + 噪声​不​确定度]


​其中:

  • 增益​误差 = 残余​增益​误差 + (增益​温度​系数 x 上次​内部​校准​至今​的​温度​变化值) + (参考​温度​系数 x 上次​外部​校准​至今​的​温度​变化值)
  • 偏​置​误差 = 残余​偏​置​误差 + (偏​置​温度​系数 x 上次​内部​校准​至今​的​温度​变化值) + INL​误差
  • 噪声​不​确定度* = (随机​噪声 x 3) ÷ (√100)

    ​*​包含​因子​为​3 σ,​取​100​个​采样​点​的​平均值

通过​查看​每​个​组​件​手册、​产品​规范​或​数据​表,获取​上述​公式​中的​参数​值。



​公式​2:

绝对​精度 =​± [(输入​电压 x 读​数​百分比) + (电压​范围 x 偏置) + 系统​噪声 +温度​漂移量]

 

其中:

  • 输入​电压是​设备​配置​的​电压​范围。​例如,​对于​+- 10V​电压,​输入​电压​为​1。
  • 读​数​百分比是 基于​输入​增益​的​原始​百分比​精度。​已​考虑​增益​误差。
  • 偏置是​最大​偏​置​误差。​多数​情况​下,​该​偏​置​为​ppm,​而不是​百分比​(%)。​如​要​更改​其为​百分比,​请​使用​下列​转换:​1% = 10,000 ppm
  • 系统​噪声是​设备​自身​引入​测量​的​误差。​这​通常​取决​于​滤波​器​设置​或​是否​采用​单​个​采样​而不是​多个​采样​进行​平均
  • 温度​漂移** =​± [(输入​电压 x 读​数​百分比/ °C) + (偏​置​百分比/ ℃)]*

    ​*​*​已​考虑​环境​温度​变化​引起​的​误差。 请​参阅​额外​信息​章节​的​注释

通过​查看​每​个​组​件​手册、​产品​规范​或​数据​表,获取​上述​公式​中的​参数​值。

公式​3:

C​系列​模​块​为​用户​提供​简明​的​规范,​以​确定​它​在​整个​工作​温度​范围​内的​精度​(校准​最大值-40 ℃​~​70 ℃)。​该​精度​输入​已​考虑​温度​变化、​最​差​情况​下​的​元件​容​差​及​热​滞​后​等。

绝对​精度 = ± [(输入​读​数 x 增益​误差) + (范围​x 偏​置​误差) + 输入​噪声]

 

其中:

  • 输入​读​数​是​用户​要​测量​的​值。
  • 增益​误差​是​基于​输入​增益​的​原始​百分比​精度
  • 范围​是​设备​配置​的​读​取​范围。​例如,​对于​0​至​10V​电压​范围,​即​范围​为​10。
  • 偏​置​误差​是​最大​偏​置​误差。​在​数据​表​中,​它​可能​使用​ppm​为​单位,​而不是​百分比。​可​根据​1%= 10,000ppm​进行​转换。
  • 输入​噪声​是​设备​自身​引入​的​测量​误差。 请​参阅​额外​信息​章节​的​注释。 请​参考​下​图​了解​使用​的​值。


上述​的​全部​产品​规范​值​均可在组​件​数据​表​或​产品​规范中​找到。

 

步骤​3:​计算​系统​精度​和​系统​精度​RTI

最后,​我们​使用​组​件的绝对​精度计算系统​精度系统​精度​与​输入​比例​(RTI)。​与​勾股定理​类似,系统​精度等于​每​个​组​件的绝对​精度的​平方和​的​平方根。

 

 

系统​精度​与​输入​比例​(RTI)的​计算​如下:

 

 

附加​信息​与​计算​范例

  • 在​本​页​面​右侧​的​下载​附件​部分,​包含​一个​可​用于​计算​多数​C​系列​模​块​精度​的​应用​程序​(DC​精度​计算​器)。
  • 除非​环境​温度​超出​15°C​~​35°C​范围,​否则​产品​规范​值​已​将​温度​影响​考虑​在内。​当​测量​系统​的​环境​温度​为​45°C​时,​必须​考虑​10°C​的​温​差。​在​本​例​中,​由于​假设​温度​为​25°C,​因此​无​需为温度​漂移添加​内容。
  • 输入​噪声​误差​通常​取决​于​滤波​器​设置​或​是否​采用​单​个​采样​而不是​多个​采样​进行​平均。​取​均​值​时,​输入​噪声​的​影响​可​忽略​不计。​不​取​均​值​时,​输入​噪声​可​通过​将​单位​(rms)​乘​以​系数​因子​3​被​转换​为​适当的​单位​(电压、​电流​等)。​乘​以​系数​因子​3​表明​高斯​分布​的​置信​区间​是在​3​个​标准​差​(99.73%)​的​范围,​即​几乎​所有​噪声​均​落在​该​范围​内。​除非​另外​声明,​否则​假设​噪声​为​高斯​噪声。​请​注意,​端子​块​或​连接​器​块​如​不​包含​衰减​电路,​则​不被​视​作​增益​层​级。​不​带有​放大器​的​模​块​或​DAQ​设备​也不会​被​视​作​增益​层​级。
  • 请​注意,​端子​块​或​连接​器​块​如​不​包含​衰减​电路,​则​不被​视​作​增益​层​级。​不​带有​放大器​的​模​块​或​DAQ​设备​也不会​被​视​作​增益​层​级。

 

上述​参考​设置​的​系统​精度​计算​范​例:

以下​是​系统​每​个​组​件​的​绝对​精度​计算:

 

SCXI-1125​的​绝对​精度

绝对​精度 = ± [(输入​电压  x 读​数​百分比) +  偏置 + 系统​噪声 + 温度​漂移]
绝对​精度 = ± [(10 V x 0.002478) + 0.01 V + 0.0191 V + N/​A] = ± 54.88mV

 

SCXI-1141​的​绝对​精度

绝对​精度 = ± [(输入​电压  x 读​数​百分比) +  偏置 + 系统​噪声 + 温度​漂移]
绝对​精度 = ± [(5 V x 0.0002) + 0.0006 V + 0.00142 V + N/​A] = ± 3.02mV

 

PCI-6052E​的​绝对​精度

绝对​精度 = ± [(输入​电压  x 读​数​百分比) +  偏置 + 系统​噪声 + 温度​漂移]
绝对​精度 = ± [(5 V x 0.000071) + 0.000476 V + 0.000491 V + N/​A] =​± 1.322mV

 

系统​精度

 

系统​精度​RTI

 

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