Элементы процесса измерения.
Все измеряемые ФВ можно разделить на две группы:
• непосредственно измеряемые, которые могут быть воспроизведены с заданными размерами и сравнимы с подобными, например длина, масса, время;
• преобразуемые с заданной точностью в непосредственно измеряемые величины, например температура, плотность. Такое преобразование осуществляется с помощью операции измерительного преобразования.
Суть простейшего прямого измерения состоит в сравнении размера ФВ Q с размерами выходной величины регулируемой многозначной меры q[Q]. Условием реализации процедуры прямого измерения является выполнение следующих элементарных операций:
• измерительного преобразования измеряемой ФВ X в другую ФВ Q, однородную или неоднородную с ней;
• воспроизведения ФВ Qm заданного размера N[Q], однородной с преобразованной величиной Q;
• сравнения однородных ФВ: преобразованной Q и воспроизводимой мерой Qm= N[Q].
Структурная схема измерения показана на рис.1. Для получения результата измерения необходимо обеспечить выполнение при N = q условия:
Δ = Q – q[Q] = F(X) – q[Q] = min(F[X] – N[Q]),
т.е. погрешность сравнения величин Q и Qm должна быть минимизирована. В этом случае результат измерений находится как: X = F-1 {q[Q]}, где F-1 — операция, обратная операции F, осуществляемой при измерительном преобразовании.
Рис1. Структурная схема измерения.
Измерительное преобразование — операция, при которой устанавливается взаимно одно научное соответствие между размерами в общем случае неоднородных преобразуемой и преобразованной ФВ. Измерительное преобразование описывается уравнение вида Q = F(X), где F некоторая функция, или функционал. Однако чаще стремятся сделать преобразование линейным: Q = КХ, где К - постоянная величина.
Основное назначение измерительного преобразования — получение и, если это нео6ходимо, преобразование информации об измеряемой величине. Его выполнение осуществляется на основе выбранных физических закономерностей. В измерительное преобразование в общем случае могут входить следующие операции:
• изменение физического рода преобразуемой величины;
• масштабное линейное преобразование;
• масштабно-временное преобразование;
• нелинейное или функциональное преобразование;
• модуляция сигнала;
• дискретизация непрерывного сигнала;
• квантование.
Операция измерительного преобразования осуществляется посредством измерительного преобразователя — технического устройства, построенного на определенном физическом принципе и выполняющего одно частное измерительное преобразование.
Воспроизведение физической величины заданного размера N[Q] — это операция, которая заключается в создании требуемой ФВ, с заданным значением, известным с оговоренной точностью. Операцию воспроизведения величины определенного размера можно формально представить как преобразование кода N в заданную физическую величину.Qm, основанное на единице данной ФВ [Q]: Qm= N[Q] (см. рис.1).
Степень совершенства операции воспроизведения ФВ заданного размера определяется постоянством размера каждой ступени квантования меры [Q] и степенью многозначности, т.е. числом N воспроизводимых известных значений. С наиболее высокой точностью
воспроизводятся основные ФВ: длина, масса, время, частота, напряжение и ток.
Средство измерений, предназначенное для воспроизведения ФВ заданного размера, называется мерой.
Сравнение измеряемой ФВ с величиной, воспроизводимой мерой Qм, — это операция, заключающаяся в установлении отношения этих двух величин: Q > Qm, Q < Qm, или Q = Qm. Точное совпадение сравниваемых величин, как правило, не встречается в практике измерений. Это обусловлено тем, что величина, воспроизводимая мерой, является квантованной и может принимать значения, кратные единице [Q]. В результате сравнения близких или одинаковых величин Q и Qm может быть лишь установлено, что
|Q – Qm| < [Q].
Методом сравнения называется совокупность приемов использования физических явлений и процессов для определения соотношения однородных величин. Наиболее часто это соотношение устанавливается по знаку разности сравниваемых величин. Далеко не каждую ФВ можно сравнить при этом с себе подобной. Все ФВ в зависимости от возможности создания разностного сигнала делятся на три группы. К первой группе относятся ФВ, которые можно вычитать и таким образом непосредственно сравнивать без предварительного преобразования. Это — электрические, магнитные и механические величины. Ко второй группе относятся ФВ, неудобные для вычитания, но удобные для коммутации, а именно: световые потоки, ионизирующие излучения, потоки жидкости и газа. Третью группу образуют ФВ, характеризующие состояние объектов или их свойств, которые физически невозможно вычитать. К таким ФВ относятся влажность, концентрация веществ, цвет, запах и др.
Параметры сигналов первой группы наиболее удобны для сравнения, второй — менее удобны, а третьей — непосредственно сравнивать невозможно. Однако последние необходимо сравнивать и измерять, поэтому их приходится преобразовывать в другие величины, поддающиеся сравнению.
Дата добавления: 2015-04-19; просмотров: 1562;