专利名称：准真值测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种准真值的测量方法，是一种对质量和电压及一切可以转换为电压的各种物理量的新的测量方法。
现有的测量方法是首先选定一已知标准量，然后以此已知标准去度量被测量。根据被测量占已知标准量的比例来衡量被测之值。这种测量方法首先是认定已知的标准量的变化可以忽略不计，它可以称为绝对测量方法，即认定标准量是绝对不变的。事实上，在测试过程中选定的标准量也是变量。
本发明的目的是针对上述缺点，研究一种全新的测试方法，该方法适用于电压、质量等各种物理参量的测试，该方法求值上尽量接近真实值的测量方法。
本发明的方案如下本发明提出方法首先要对选定的标准量的漂移给予实时测量，其次还要根据标准量的变化对被测参量予以修正。本发明的测量装置组成如下①标准电压发生器IC1由一路或多路组成，产生一路或多路独立的标准电压Va(t)或Va(t)、Va′(t)、Va″(t)…，视输入变量不同，三变量系统只一路Va(t)。每增加一个变量就增加一路输出；②数模转换器IC2在计算机电路的控制下产生一随测量次数的变化而递增或递减的阶梯三角波电压Vs，该系统亦可由超低频三角波电压发生器电路取代；③反相器IC3将阶梯三角波电压反相，以形成一个和IC2变化方向完全相反的阶梯三角波电压Vs；④电压变换合成器IC4，用以将Va(t)电压和Vs电压合成一个新电压Vb(t)，它首先将Vs电压给以足够的衰减，并将Va(t)电压给予微量衰减之后，将两路电压叠加形成Vb(t)电压，满足Va(t)＞Vb(t)的条件；⑤电压变换合成器IC5，将Va(t)电压和Vs电压进行变换合成Vc(t)电压，此电压满足Va(t)＞Vc(t)条件，可使Vb(t)、Vc(t)尽量和Va(t)接近，以不产生溢出误差为条件。由于Vs和Vs是反相变化的，所以由此形成的Vb(t)和Vc(t)两电压具有各向异性的变化特性，Va(t)、Vb(t)、Vc(t)这三个变量，以至于n个变量也满足各向异性的变化条件，②、③、④、⑤部分亦可用任何具有互为反向缓慢变化的电压发生器取代；⑥模数转换器IC6用于将模拟量变换成与之对应的数字量电路部分，本电路可用Va(t)、Vb(t)、Vc(t)中任何一个量做标准。在检测时，既可以在某时刻i同时对Vb(t)和Vc(t)、Va(t)进行检测，也可采用异步检测方式，在模数转换器电路输入端加入分时转换系统，即将Va(t)电压与其余n－1个电压分时比较，要求分时检测时间的总和要远远小于两次相邻分时检测的周期时间，对不同的检测要求提出了模数变换器的检测速度的要求，该模数转换器IC6在两次分时检测的间隔内对未知电压Vx(t)进行测试；⑦计算机电路IC7，任务是1.接收模数转换器IC6的采样数据，采样过程在计算机控制下完成；2.并控制数模转换器IC2电路产生阶梯三角波电压；3.数据处理，即将模数转换器IC6的输入数据按一定的程序进行处理；4.接收健盘命令并决定测量和显示方式；⑧显示电路IC8，显示被测值和标准值；⑨键盘IC9，用于输入指令；⑩电源电路IC10-随检测系统的精度要求而变化，如提高检测精度，则供电电路的稳定度及噪声都控制在对应的等级上。上述标准电压发生器IC1或IC1′、IC2′…和模数转换器IC6相接，模数转换器IC6和未知电压Vx(t)相接。数模转换器IC2输入信号和计算机电路IC7相接，输出端和电压变换合成器之一的IC4相接，IC4的另一端和模数转换器IC6相接，电压变换合成器IC4和IC1、IC6的公共点相接。反相器IC3一端IC2及置C4的公共点相接，另一端和电压变换合成器之二的IC5相接，IC5的另一端和IC6相接，IC5还和IC1及IC4的公共点相接。计算机电路IC7除和控制键盘IC9及显示电路IC8相接外，还和模数转换器IC6相接。
本发明提出的方法中，首先须对选定的标准量的漂移予以实时测量，然后根据标准量的变化，对被测参数予以修正，其采样和数据处理过程如下一.对选定的标准量予以实时测量A.第i＋1次测量相对于第i次测量在各向异性条件下，采样过程应满足 的条件。
B.数据处理过程在满足采样的条件下，n变量测量系统的满度值为M。第一次测量由Va(1)去测量Vb(1)、Vc(1)、Va′(1)、Va″(1)……，测量值为Vb1、Vc1……，Va(1)由另一系统测得的值为Va1。Va1、Vb1、Vc1、Va′1、Va″1……有相同末位数值单位。
建立第一次测量方程并求特解Va(1)－Vb(1)＝Y1(1)＝M－Vb1Va(1)－Vc(1)＝Y2(1)＝M－Vc1Va(1)－Va′(1)＝Y3(1)＝M－V′a1Va(1)－Va″(1)＝Y4(1)＝M－V″a1 Va(1)＋Vb(1)＋Vc(1)＋Va′(1)＋Va″(1)＋…＝R(1)；令R(1)＝0，求特解求得其特解为 求 值ϵ^(1)=Va1-V^a(1)]]>第一次测量的准真值分别为Vb(1)=V^b(1)+ϵ^(1);Vc(1)=V^c(1)+ϵ^(1);]]>Va′(1)=V^a′(1)+ϵ^(1);Va″(1)=V^a″(1)+ϵ^(1);]]>……，然后进行第二次测量；依次建立测量公式，Va(2)－Vb(2)＝Y1(2)＝M－Vb2Va(2)－Vc(2)＝Y2(2)＝M－Vc2Va(2)－Va′(2)＝Y3(2)＝M－Va′2Va(2)－Va″(2)＝Y4(2)＝M－Va″2 Va(2)＋Vb(2)＋Vc(2)＋Va′(2)＋Va″(2)＋…＝R(2)令R(2)＝0，求特解求得其特解为 求 值ϵ^(2)=a(2)-a′(2)]]>(a(2)表示末位数值单位的整数倍部分，a′(2)表示小于末位数值单位部分)又Δ＝R(2)－R(1)＝n[a(2)－a(1)]＋n[a′(2)－a′(1)]＝nξ(1)＋ψ(1)其ξ(1)＝[a(2)－a(1)]，ψ(1)＝n[a′(2)－a′(1)]在满足采样条件下 其中ξ(1)应满足|Δ|为最小的条件，利用公式ϵ^(2)=a(2)+a′(2),]]>其中a′(2)、 皆已知，故Δ值已知，ξ(1)值已知，根据ξ(1)＝a(2)－a(1)，则a(2)可求，又根据ϵ^(2)=a(2)+a′(2),]]>则 值求出。得出第二次测量的准真值分别为Va(2)=V^a(2)+ϵ^(2);Va(2)=V^b(2)+ϵ^(2);]]>Vc(2)=V^c(2)+ϵ^(2);Va′(2)=V^a′(2)+ϵ^(2);]]>Va″(2)=V^a″(2)+ϵ^(2)……]]>然后进行第三次测量，依第二次测量方法建立公式，求特解，求ϵ^(3)]]>值，求第三次测量的准真值……，然后第4次、第5次……直至无限多次测量的准真值。
二.依据标准量的变化给被测量予以修正，依Va(t)去测量被测电压Vx(t)值，测得值Vx(测)，此时Va(t)的准真值已由前法测得Va(i)，依ΔVa(i)＝Va(i)－M，依公式 本发明提出的测量方法和数据处理过程中所用公式及推导理论均为本发明独自提出的，将在实施例后以附录形式介绍，以便支持本发明的方法。
本发明以全新的方法及装置，测量出尽可能接近真实值的准真值，对选定的标准量的漂移给予实时的测量，改变了以往测量中对标准量变化予以忽略不计的传统测量方法，从而大大提高了测量精度，这种方法具有被测量和标准量放在同一平等位置的意义，其测试结果具有同等测量误差传递。适用于质量，直流电压测量及一切可转化为直流电压的物理量如温度、力等的测量。
下面结合附图对实施例对本发明予以说明
图1-图4为本发明的几个实施例的系统框图。其中图1为三变量测试方框图；图2是五变量测试方框图；图3为具有电压修正功能的五变量测试方框图；图4是差值测量法的方框图。
实施例1(三变量测试系统)在三变量测量系统中IC1-标准电压发生器，输出一路标准电压Va(t)。IC2-数模转换器，在计算机的控制下产生一随测量次数变化而递增或递减的阶梯三角波电压Vs，该系统可由超低频三角波电压发生器代；IC3-反相器，将IC2产生的阶梯三角波电压反相，形成与阶梯三角波电压Vs完全反向的阶梯三角波Vs；IC4-电压变换合成器之一，接收Va(t)电压和Vs电压形成一路新电压Vb(t)，在电路内，该电路首先将Vs电压给以足够量的衰减，将Va(t)电压给予微量的衰减(视电路原理而定)，然后将两路电压叠加形成Vb(t)满足Va(t)＞Vb(t)，且Vb(t)又随着Vs阶梯三角波电压的变化而微弱变化；IC5-电压合成器之二，电路构成与IC4可相同，但其作用是将Va(t)电压Vs电压进行变换合成而形成Vc(t)，满足Va(t)＞Vc(t)条件，Va(t)、Vb(t)、Vc(t)三变量满足了各向异性变化之条件；IC6-模数转换器，将模拟量变换成与之对应的数字量电路可以Va(t)、Vb(t)、Vc(t)中任一量做参照标准，经常选择Va(t)为参照标准。检测时采用同步检测方式，在i时刻同时对Va(t)、Vb(t)进行检测。也可采用异步检测方式，如采用异步检测方式在模数转换电路内加有分时转换输入系统，即将Va(t)电压分时与其余n－1个电压进行比较，并且模数转换器IC6在两次分时检测间隔期内可对未知电压Vx(t)进行检测；IC7-计算机电路，作用为a.接收模数转换器IC6的采样数据并控制采样过程；b.输出数模转换器数据，控制数模转换器电路产生三角波电压；c.数据处理；d.接收键盘命令决定测量和显示方式；e.传送数据显示；IC8-显示电路，显示被测值和标准电压值；IC9-键盘；IC10-电源电路。
该三变量测量系统的采样和数据处理过程一.采样过程采样过程应满足 的条件，故第i＋1次测量相对于第i次测量在各向异性的条件下|Δ|≤1(末位数值单位为1时)。
二.数据处理在满足采样的条件下，设三变量测量系统的满度值为M。第一次测量值由Va(t)去测量Vb(t)和Vc(t)，测量值分别为Vb1、Vc1。此时Va(t)由另一系统测得的值为Va1，取Va1与Vb1、Vc1具有同末位数值单位，建立方程，并求特解。
Va(1)－Vb(1)＝Y1＝M－Vb1Va(1)－Vb(1)＝Y2＝M－Vc1令Va(t)＋Vb(1)＋Vc(t)＝0解得此方程组特解为 求 值ϵ^(1)=Va1-V^a(1)]]>求Vb(1)、Vc(1)Vb(1)=V^(1)+ϵ^(1);Vc(1)=V^c(1)+ϵ^(1);]]>又设第二次测量值分别为Vb2，Vc2，求第二次特解值，Va(2)－Vb(2)＝Y1(2)＝M－Vb2Va(2)－Vc(2)＝Y2(2)＝M－Vc2令Va(2)＋Vb(2)＋Vc(2)＝0求得其特解为V^a(2),V^b(2),V^c(2)]]>又求 值，根据 与 值中小于末位数值单位的值存在异号其绝对值相等而同号其小于末位数值单位的值互补的性质可求ϵ^(2)=a(2)+a′(2)]]>中的a′(2)项， 值已知其可分解为ϵ^(1)=]]>a(1)＋a′(1)，则有Δ＝R(2)－R(1)＝3[a(2)－a(1)]＋3[a′(2)－a′(1)]＝3ξ(1)＋ψ(1)由于 已知，故a′(1)已知，a′( 2)已知，故ψ(1)已知，令|Δ|＝最小条件成立，即有|3ξ(1)＋ψ(1)|＝最小成立，从中求ξ(1)值，根据ξ(1)＝a(2)－a(1)，从中解出a(2)值，则ϵ^(2)=a(2)+a′(2),]]>则 可求，Va(2)=V^a(2)+ϵ^(2);]]>Vb(2)=V^b(2)+ϵ^(2);]]>Vc(2)=Vc^(2)+ϵ^(2)]]>。
根据上述第3次测量成立，第3次测量值可求，如此第n次值可求。
对n变量的测试系统可依此类推。
上述测量过程要求Vb(t)和Vc(t)值要小于Va(t)而又很趋近Va(t)值的条件成立(以不产生测试溢出为条件)。
当由Va(t)去测量任意电压Vx(t)时，可按下式计算Vx(t)之值，设由Va(t)做标准在某时刻测量Vx(t)电压得测量值为Vx(测)，又得此时刻Va(t)的电压值为Va(i)此值已由前面理论求得，则ΔVa(i)＝Va(i)－M，根据(45)式，此时有 实施例2(五变量测量系统)如图2所示。
选择三变量和五变量的区别在于第i＋1次测量相对于第i次测量，三变量或五变量值之和R的变化不同，三变量允许R值变化一个末位数值单位，而五变量允许R值变化二个末位数值单位。三变量系统需测二个测量值，五变量需测四个测量值，n变量系统则为n－1个测量值。
系统组成IC1-1-标准电压发生器输出标准电压Va(t)；IC1′-标准电压发生器，输出标准电压Va′(t)，IC1″-标准电压发生器，输出标准电压Va″(t)，计三路标准电压输出；IC2-数模转换器，功能同三变量测量系统；IC3-反相器；IC4-电压变换合成器之一；IC5-电压变换合成器之二；IC6-模数转换器；IC7-计算机电路；IC8-显示电路；IC9-键盘；IC10-电源电路同三变量测量系统。
实施例3(具有电压修正功能的五变量测量系统)如图3所示。
数模转换器IC2′-和计算机电路IC7及标准电压发生器IC1-1相接，用以控制IC1-1之电压变化趋近于零值。其它IC1′、IC1″、IC2、IC3、IC4、IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10和五变量测量系统图2所示图。
实施例4如图4所示。
n变量标准差值组合器IC11中应包含满足各向异性变化条件之变量因素，两两差值信号经过传感电路IC12后转化为对应物理量的差值电压或电流信号送往模数转换器进行数值转换处理。
本测量方法与图1、图2和图3之不同点是在做数值处理时无需经过满度值的转换过程，原因是所测量的值本身即是输入标准变量的差值信号，因此可直接利用测量值代入公式求特解。本方法适用于标准电压标准质量的检测。
附录本发明所用的公式的来源及推导过程传统测量方法是首先选定一已知标准量，然后以此已知标准量去度量被测量，根据被测量占已知标准量的比例来衡量被测之量值。这种测量方法首先认定已知标准量的变化忽略不计。这种测量方法可称为绝对测量法，即认定已知标准量是绝对不变的，而测量结果是相对于已知标准量的相对变化值。
准真值测量法是基于最新的数学方法和采样方法而提出的全新的测量方法，其与传统测量方法的本质区别是它认为一切参与观测的量都是变量(包括已知标准量)，在测量的时间域内，不但可给出被测量的变化，还可给出标准量的变化，且被测量和标准量的测量误差具有相同数量级，因此可称此种测量方法为相对测量法，而测试结果以有限数字位表示的准绝对变化的量值。本测量方法在理论和方法上解决了已知标准量值漂移的检测，其将随机误差和系统误差进行了有机的内在联系。为说明此方法首先阐明数学原理一.测量方法的公式表达1.标准电压检测的数学表达设有两个标准电压，进行比较有令V1i(大)＝V＋ΔVli(大)V2i(大)＝V＋ΔV2i(大)则V1i(大)－V2i(大)＝ΔV1i(大)－ΔV2i(大)(1)如果有n个标准电压进行比较，根据公式(1)可有V1i(大)－V2i(大)＝ΔVi(大)－ΔV2i(大) ①Vli(大)－V3i(大)＝ΔV1i(大)－ΔV3i(大)②…… (2)V1i(大)－Vni(大)＝Δ1i(大)－ΔVni(大)V2i(大)－Vni(大)＝ΔV2i(大)－ΔVni(大) 如果测得其差值则又有ΔV1i(大)－ΔV2i(大)＝y1i①ΔV1i(大)－ΔV3i(大)＝y2i②…… (3)ΔV1i(大)－ΔVni(大)＝y(n－1)i ΔV2i(大)－ΔVni(大)＝yni 线性方程组(3)是用n变量标准电压误差项之差来表示n变量标准电压的差值。n维线性方程组(3)线性相关，故具有无穷多组解，读方程组是降维线性独立。在线性方程组(3)中任何一个量已知，则其余n－1个量皆可求。
2.质量测量的数学表达设有n个标准砝码，在等臂天平上进行比较，同理可有Δm1i(大)－Δm2i(大)＝y1i①Δm2i(大)－Δm3i(大)＝y2i②……Δm(n－1)i(大)－Δmni(大)＝y(n－1)i (4)Δmni(大)－Δm1i大)＝yni 3.频率测量的数学表达设有n个各自独立的标准频率源，其频率标称值分别为f1，f2，……fn。如果由频率fi进行分频后形成标准时间量，并由此时间量去测量频率fj(其中可包含倍频、分频、差频等处理)，则有如下关系式成立(在此略数字测量中±1字误差)m＝fjN/fi (5)式(5)中N表示分频数，m表示计数器的测量值。
众所周知，每个频率源的频率都在时刻的变化着，因此测量值m也要随之而变化。它们变化的函数关系根据偏微分方程，可由下式给出dm=Nfi∂fj-fjNfi2∂fi]]>(6)如果Δfi和Δfj是一变化很小的量则变化后的测量值可表示为m+Δm=fjNfi+Nfi(Δfi-fjfiΔfi)---(7)]]>如果有fi＝fj；又有N的分频数与频率标称值fi相等，则又有m＋Δm＝N＋(Δfj－Δfi) (8)根据公式(8)当n个标准频率源互测时又可建立如下方程组即Δf2i－Δf1i＝Δm1i①Δf3i－Δf1i＝Δm2i②…… (9)Δfni－Δf1i＝Δm(n－1)i Δfni－Δf2i＝Δmni 线性方程组(9)与线性方程组(3)和(4)有着完全相同的表达形式，它们都线性相关。还可以发现它们一个重要的共同点是，每个方程组中每个方程的系数代数和为零。
就线性代数而论，方程组(3)、(4)、(9)的表达形式并非唯一，例如在质量测量中，完全可由两组砝码，而每组砝码的个数完全相同，在等臂天平上进行测量，从而组成新的线性方程组，因而有理由建立更为一般的线性方程组为a11x1＋a12x2＋……＋a1nxn＝y1①a21x1＋a22x2＋……＋a2nxn＝y2②……(10)an1x1＋an2x2＋……＋annxn＝yn 在线性方程组(10)中，是由n个未知量组成n个线性方程，其同线性方程组(3)、(4)、(9)有着完全一致的性质。故有Σi=1naji=0---(11)]]>为研究线性方程组(10)的解的规律及真实解的性质可做下面推理。
根据随机过程的性质，任何一组随机变量的变化过程，在过程前，其量的变化不可预知，但在过程后每个量都有确定的值与之对应，故可列如下表达式
x1＋x2＋……＋xn＝R (12)式(12)中R值为每次随机过程观测后的n变量代数和，如令其与线性方程组(10)中去掉任一方程后，与(12)组成新的线性方程组，则其是n维线性独立的方程组，即a11x1＋a12x2＋……＋a1nxn＝y1①a21x1＋a22x2＋……＋a2nxn＝y2②a(n－1)1x1＋a(n－1)2x2＋……＋a(n－1)nxn＝y(n－1) x1＋x2＋……＋xn＝R (13)由于R值是一个随测量时刻变化而变化的未知量，故考查如下方程令x1＋x2＋……＋xn＝0 (14)并由(14)式同(10)中去掉任一方程后组成新的线性独立的方程组为a11x1＋a12x2＋……＋a1nxn＝y1①a21x1＋a22x2＋……＋a2nxn＝y2②……(15)a(n－1)1x1＋a(n－1)2x2＋……＋a(n－1)nxn＝y(n－1) x1＋x2＋……＋xn＝0线性方程组(15)是线性独立的，其有唯一解，令其解为(x1,x2,……xn)T=(x^1,x^2,……x^n)T---(16)]]>称此组解为线性方程组(10)的特解，考虑到Σi=1naji=0]]>的性质，则可给出线性方程组(10)的通解为
式(17)表示的是否是线性方程组(10)的通解可做如下证明，将(17)的解代入线性方程组(10)中，整理则有a11x^1+a12x^2+……+a1nx^n+ϵΣi=1na1i=y1]]>a21x^1+a22x^2+……+a2nx^n+ϵΣi=1na2i=y2]]>…… (18)an1x^1+an2x^2+……+annx^n+ϵΣi=1nani=yn]]>很明显式(17)的解的条件满足线性方程组(10)的条件，又设线性方程组(10)除(17)式表示的解外还有其余解存在，则必有ε不相等的条件存在，设ε1、ε2……εn只少有一个与其余的不相等，则(18)的方程组将变为a11x^1+a12x^2+……+a1nx^n+Σi=1n(a1iϵi)≠y1]]>a21x^1+a22x^2+……+a2nx^n+Σi=1n(a2jϵi)≠y2]]>an1x^1+an2x^2+……+annx^n+Σi=1n(aniϵi)≠yn]]>这一结果与线性方程组(10)的解的条件矛盾，因此得证线性方程组(10)除(17)式表达的解的条件外再无其余的解存在，称(17)式表达的解是线性方程组(10)的通解，根据通解的性质可知真实解也必包含在通解表达式中，如已知真实解，则即已知R值，则此时有ϵ^=Rn·····(19)]]>很明显 是表示真实解条件下的ε值，它是确定的量，它与R值的关系只是其n等分而已。
如果由方程组(10)中任何n－1个方程的测量系统进行了m次测量则其真实解的表达式可为 在公式(20)中m可为任意正整数值，包括m＝n；事实上(20)式中的 是未知的， 是时间t的单值函数，其在直角坐标系上进行平移1nΣϵ^ii=1m]]>值后，而形成εi有如下特点ϵ-i=ϵ^i-1nΣi=1mϵ^i---(21)]]>令x==1nΣi=1mϵ^i---(22)]]>Σi=1mϵ-i=0---(23)]]>根据(21)、(22)和(23)式完全可建立起与传统方差理论的联系。
二.末位数值单位在随机数值处理中的作用大家知道，世界上一切被观测的量及其变化都是以有限位的数字量来表示的。任何有限位数字量其末位的数值单位都是1个字。然而任何一个量其真值(理论真值，设定真值及以自然数表示的值除外)都可以是一个以无限位数字量表示的值，否则误差公理即不存在。
然而在现实社会中，不会有任何一个人去用无限位的数字量来表示某一客观量值，因为这是不可能的，这就是世界上一切被观测的量及具变化都是以有限位数字表示的原因。对同一观测而言，能观测的数值位数越多，则表明该观测的精度越高，因而对任何量的观测，其观测精度都取决于该观测的末位数值单位，这就表明了末位数值单位在随机数值处理中的重要作用。
对n变量的同一观测系统而言，其观测精度是等同的，因而该n变量应具有相同的末位数值单位，而将小于末位数值单位的值，完全淹没在末位数值单位中．然而自然界中参与观测的n变量的每一个量都在随时间而变化，对n个随机变量中的变量总和及每一个变量在一个足够小的时间城内其第i＋1次观测相对于第i次观测量的变化是很小的，又设n变量具有量的异向变化特性(所谓量的导向变化特性是n变量在第i＋1次观测相对于第i次观测只少存在一个量相对于其余n－1个量的变化方向相异或不变的特性)则可解出n变量在观测时间城内的准绝对变化。
设某n变量的观测系统在观测过程中，每个量都具有相同的末位数值单位则由公式(16)给出的解必有下面性质小于末位数值单位的值，符号相同，数值相等，符号相异数值互补，否则n变量的该次观测值具有不同的末位数值单位。
这种性质的证明是容易的，这是任何具有相同末位数值单位的n变量在直角坐标系中平移都有此性质。
再观察公式(20)，对任何一次观测而言，解的末位数值单位是相同的(因为是由有限位表示的数值)，故而 与 其小于末位数值单位的值又存在异号其绝对值相等，而同号其小于末位数值单位的值互补。这个性质如不存在，则(20)式即不满足相同末位数值单位的条件，即不满足等精度观测的条件。
又已知n变量观测系统是等精度观测，故它们具有相同的末位数值单位，那么n变量之代数和R值亦是同n变量具有相同末位数值单位的量，这一结论是不言而喻的，那么变量个数R值及 值的关系可由表一来表示，设某n变量的末位数值单位为工，则由表一给出3、4、5、6变量的关系值。了解了末位数值单位为1的变量参数表后，则末位为任何值的表都可随即给出，此值的变化只不过是小数点的移动而已。
在n变量的观测系统中，n可为任何大于等于3的正整数。一般而言建议n取奇数值。
一组测量值在满足具有相同末位数值单位的条件下，该组测量值的特解值满足小于末位数值单位的值具有同号相等，异号互补的条件，这一结论是公式(17)中ε＝0的推广。
表一末位数值单位为1的变量参数表
三.各向异性n变量随机过程数据采样方法和最佳解值估计根据方程(12)可有R(t)＝X1(t)＋X2(t)＋……＋Xn(t)(24)设X1(t)，X2(t)……Xn(t)是n变量的连续函数，但由于观测设备分辨率的限制使得R(t)只能是一离散谱函数，其离散性取决于末位数值单位，如果已知R(t)＝R(i)t＝i (25)当时间由i变化到i＋1时(此时i可看做时间轴变量)，则有R(t)＝R(i＋1)t＝i＋1 (26)令Δ＝R(i＋1)－R(i) (27)如果时间t由i时刻变化到i＋1时刻的时间段足够小，则有R(t)由i时刻变化到i＋1时刻函数的变化量亦相应足够小，故Δ值亦应是一个在足够小的范围内变化，且以末位数值单位为增量单位的值，又根据ϵ^(t)=R(t)n---(28)]]>ϵ^(t)=a+a′---(29)]]>式(29)中a表示 的末位数值单位整数倍的部分，而a′是表示小于末位数值单位值部分，故又有Δ＝R(i＋1)－R(i)＝n〔a(i＋1)－a(i)〕＋n〔a′(i＋1)－a′(i)〕令〔a(i＋1)－a(i)〕＝ξ(i)；n〔a′(i＋1)－a′(i)〕＝ψ(i)Δ＝nξ(i)＋ψ(i) (30)在公式(30)中ψ(i)亦是末位数值单位的整数倍值，其取值范围因变量个数而异，例以三变量为例，ψ(i)取值只能是(0，1，2，-1，-2)，对应此组值，则由式(30)可给出三个级数数列(ψ(i)的取值是以末位数值单位为1时的结论)。
……-9，-6，-3，0，3，6，9……数列一……-8，-5，-2，1，4，7，10……数列二……-10，-7，-4，-1，2，5，8……数列三要满足Δ绝对值为最小的条件，则Δ值只能对应取(0，1，-1)在此条件下，ξ(i)的相应取值可是(0，1，-1)，视ψ(i)而定。
当已知第i时刻测量的R(i)值，那么根据(30)式，第i＋1测量的R(i＋1)可求，故 可求，则第i＋1时刻X1(t)，X2(t)，X3(大)各变量值可求。
如果变量为4，则ψ(i)的取值只能是(0，1，2，3，-1，-2，-3)， 对于5变量乃至n变量可仿此类推。当末位数值单位是0.1时，只要小数点向左移动一位即可，余此类推。
再进一步观察数列一、数列二和数列三，可发现其取值规律是每隔3个数给出一个解值，则3称为末位数值单位为1的解的间距，很明显3是变量个数，同理4变量的间距为4，即n变量的间距为n，间隔越大，测试系统抗干扰的能力越强，但系统越庞大。根据如上推理可有下面结论对具有各向异性的n变量等精度的测试系统，如果第i＋1次测量相对于第i次测量，两次n变量代数和的变化量小于间距之半与末位数值单位之积，则该观测系统即可实时距踪每个量以其末位数值单位为量值变化单位的变化。 公式(31)的正确性可以分别列举4、6、8……等偶数变量数所对应的数列情况证明，以4变量为例，当有 ，数列为
……-6，-2，2，6，10……很明显Δ在“0”左右的值相等而符号相反，在此条件下，判别方向处在均等条件下，故而有产生错判的可能，而当变量数为奇数时，即不存在 公式(31)即决定了采样条件。从式(31)可见，采样条件与两次采样的时间间隔无关，它只取决于变量数和末位数值单位。此式也表明了n不能取两变量的理由。
当任何两次测量值的Δ值可求时(在满足(31)式的采样定理条件下)，则根据(30)式，即ψ(i)值已知，ξ(i)值已知，则R(i＋1)值可求，从而 (i＋1)值可求，根据(20)式，在i＋1时刻的n变量的测量值可求。根据如上推理可知当进行了连续m＋1次测量后，n变量总和的变化量为 n变量总和均值的变化量之物理意义是n变量的中心值在直角坐标系中的偏移量。则每个量的量值为x(m+1)=x^(m+1)+1nΣi=1mΔi+R(1)n---(34)]]>(34)式中(m＋1)表示第m＋1次测量时刻的测量值。ϵ^(m+1)=1nΣi=1mΔi+R(1)n---(25)]]>ϵ^(1)=R(1)n---(36)]]>(36)式中(1)表示第1次测量， (1)表示第1次测量的 值。
在实际测量中， (1)的值可从高一级的标准中测试得来或同级标准中测试得来，则 (1)存在第一次测量误差，在此理论下，此项误差是一定量，它是测量时刻，测量系统的函数，可称其为系统误差，如果测量系统在整个测量中完全满足(31)式的条件，此系统误差在该测量系统中是一常量，而淹没在末位数字单位中的误差项是系统的随机误差。
上述理论的推导给出了等精度测试n个标准量的采样方法，测试方法和数据处理方法。
四.模数变换系统量值检测设某模数变换系统的标准电压为Va(t)，标称值为Va，与该电压对应的满度值为M，则在任何测量时刻的单位量化电压值为 又设由此标准电压去量测被测电压Vb(t)，标称值为Vb，则在某测量时刻的测量值为 S(i)为第i测量时刻的测量值，当有下面条件时Va(t)≈Vb(t) (39)则根据偏微分方程可给出下面结论 根据(39)式Va(t)≈Vb(t)的条件，令Va＝Vb，则(40)式可改写为 很明显(41)式中等号左边S＋ΔS(t)在物理意义上表明的是模数变换器的测量值，而 表示的是单位量化电压值的倒数，抽掉量化电压值的物理概念，则单位量化电压值在测试过程中只表明一个测量值，而1个测量值的倒数还是1，从而(41)式又可改写为ΔVa(t)－ΔVb(t)＝M－测量值 (42)由于Va(t)＝Va＋ΔVa(t)，Vb(t)＝Vb＋ΔVb(t)已知Va＝Vb，故又有Va(t)－Vb(t)＝M－测量值 (43)根据(42)式和(43)式在满足(39)式条件下，模数变换器测试系统满足本理论的条件。
当Vb(t)是任意电压值时，这时主要考虑由于ΔVa(t)的存在对测试值的影响，则由(38)式可导出 (44)式成立的条件是ΔVa(t)是一很小的量，这一条件在一般测试中都被满足。在公式(44)中[S＋ΔS(t)]表示了测量值，而 表示的是在ΔVa(t)＝0条件下的真实值，故有 ΔVa(t)＝Va(t)－M (46)在(46)式中Va(t)表示的是标准值在测量时刻的真实值，在本文中Va(t)即是测得的标准值的准真实值。
权利要求
1.一种测量准真值的装置，包括显示电路IC8、控制键盘IC9、电源电路IC10，其特征在于上述测量准真值的装置主要是由IC1-标准电压发生器，或1C′1、IC″1可产生一路或多路标准电压Va(t)或Va(t)、V′a(t)、V″a(t)…；IC2-数模转换器，在计算机的控制下产生一随测量次数的变化而递减或递增的阶梯三角波电压VS，IC2也可以是一个超低频三角波电压发生器；IC3-反相器，将阶梯三角波反相，产生一个和上述IC2方向完全相反的阶梯三角波电压Vs；IC4-电压变换合成器一，将Va(t)电压和Vs电压进行变换合成一个新的电压Vb(t)；IC5-电压变换合成器二，将Va(t)电压和Vs电压进行变换合成一个新的电压Vc(t)，Va(t)、Vb(t)、Vc(t)、Va′(t)、Va″(t)…满足各向异性的变化条件，亦可采用正负温度系数的方法来满足电压各向异性的变化条件；IC6-模数转换器，将模拟量变换成与之对应的数字电路部分，本电路可用Va(t)、Vb(t)、Vc(t)、Va′(t)…中任一量做标准，在检测时在i时同时对Vb(t)、Vc(t)、Va(t)进行检测，上述模数转换器IC6可加入分时转换系统，将Va(t)电压与其余n－1个电压进行比较，进行分时检测；上述标准电压发生器IC1、IC1′、IC1″的输出端均和模数转换器IC6相接，上述数模转换器IC2信号输入端和上述计算机IC7相接，输出端和电压变换合成器之一的IC4相接，电压变换合成器IC4和上述IC2的公共点和上述反相器IC3的一端相接，反相器IC3的另一端和上述电压变换合成器之二IC5的一端相接，电压变换合成器之二的IC5的另一端和模数转换器IC6相接，上述电压变换合成器之二的IC5还有一端和标准电压发生器IC1和电压变换合成器的IC4的公共点相接，被测的未知电压Vx直接和上述模数转换电路IC6相接，上述模数转换电路IC6还有两个端和计算机电路IC7相接。
2.准真值测量方法，其特征在于上述方法须对选定的标准量Va(t)的漂移给予实时测量，然后根据标准量的变化对被测参量予以修正所得尽可能接近真实值的准真值，上述方法所须采用准真值测量装置，其数据处理和采样过程如下一.先对选定的标准量予以实时测量(对于n变量测量系统)A.第i＋1次测量相对于第i次测量在各向异性变化的条件下，采样过程应满足 的条件。B.数据处理过程在满足采样的条件下，n变量测量系统的满度值为M。第一次测量用Va(1)去测量Vb(1)、Vc(1)、Va′(1)、Va″(1)……，测量值为Vb1、Vc1……，Va(1)由另一系统测得的值为Va1，Va1、Vb1、Vc1、Va′1、Va″1……有相同的末位数值单位。建立第一次测量方程并求特解Va(1)－Vb(1)＝Y1(1)＝M－Vb1Va(1)－Vc(1)＝Y2(1)＝M－Vc1Va(1)－Va′(1)＝Y3(1)＝M－Va′1Va(1)－Va″(1)＝Y4(1)＝M－Va″1Va(1)＋Vb(1)＋Vc(1)＋Va′(1)＋Va″(1)＋…＝R(1)，令R(1)＝0，求特解求得其特解为 求 值ϵ^(1)=Va1-V^a(1)]]>第一次测量的准真值分别为Vb(1)=V^b(1)+ϵ^(1);Vc(1)=V^c(1)+ϵ^(1),]]>Va′(1)=V^a′(1)+ϵ^(1);Va″(1)=V^a″(1)+ϵ^(1);]]>……，然后进行第二次测量；依次建立测量公式，Va(2)－Vb(2)＝Y1(2)＝M－Vb2Va(2)－Vc(2)＝Y2(2)＝M－Vc2Va(2)－Va′(2)＝Y3(2)＝M－Va′2Va(2)－Va″(2)＝Y4(2)＝M－Va″2 Va(2)＋Vb(2)＋Vc(2)＋Va′(2)＋Va″(2)+…＝R(2)令R(2)＝0求得其特解为 求 值ϵ^(2)=a(2)-a′(2)]]>(a(i)表示末位数值单位的整数倍部分，a′(i)表示小于末位数值单位部分)又Δ＝R(2)－R(1)＝n[a(2)－a(1)]＋[a′(2)－a′(1)]＝nξ(1)＋ψ(1)其中ξ(1)＝[a(2)－a(1)]，ψ(1)＝n〔a′(2)－a′(1)〕在满足采样条件下 其中ξ(1)应满足｜Δ|为最小的条件，利用公式ϵ^(2)=a(2)+a′(2),]]>其中a′(2)、 皆已知，故Δ值已知，ξ(1)值已知，根据(1)＝a(2)－a(1)，则a(2)可求，又根据ϵ^(2)=a(2)+a′(2),]]>则 值求出。得出第二次测量的准真值分别为Vb(2)=V^b(2)+ϵ^(2);Vc(2)=Vc^(2)+ϵ^(2);Va(2)=V^a(2)+ϵ^(2)]]>Va′(2)=V^a′(2)+ϵ^(2);Va″(2)=V^a″(2)+ϵ^(2);]]>然后进行第三次测量，依第二次测量方法建立公式，求特解，求 值，求第三次测量的准真值……，然后第4次、第5次……直至无限多次测量的准真值。二.依据标准量的变化给被测量予以修正。依Va(t)去测量被测电压Vx(t)值，测得值Vx(测)，此时Va(t)的准真值已由前法测得Va(i)，ΔVa(i)＝Va(i)－M，依公式
3.根据权利要求1所述的准真值测量装置，包括模数转换器IC6、计算机电路IC7、控制键盘IC9、显示电路IC8等，其特征在于上述测量装置还包括n变量标准差值组合器IC11、两两差值信号传感电路IC12，上述两两差值信号传感电路IC12一端和n变量标准差值组合器IC11相接，另一端和模数转换器IC6相接，上述n变量标准差值组合器IC11应包含满足各向异性变化的变量因素。
全文摘要
本发明公开了用于一种准真值测量装置及测量方法。改变了现有技术中测量时将标准量的变化预以忽略不计的方法，在测量中首先对标准量漂移予以实时测量，然后根据标准量的变化对被测参数予以修正。使测量精度大大提高。本发明由标准电压发生器IC1、数模转换器IC2、反相器IC3、电压变换合成器IC4、IC5、模数转换器IC6、计算机电路IC7及控制键盘IC9、显示电路IC8等组成。本发明测量精度高。可适用于直流电压、频率、温度、质量等的测量。
文档编号G01R19/00GK1149128SQ9610169
公开日1997年5月7日 申请日期1996年4月22日 优先权日1996年4月22日
发明者邹清环, 邹海鹏 申请人:邹清环