Любое измерение, как бы тщательно оно не выполнялось и каки­ми бы точными приборами мы не пользовались, неизбежно сопровож­дается погрешностями.

Следовательно, в результате измерений вместо исходной неопре­деленности, обусловленной природой величины, получаем другую, заведомо меньшую неопределенность, обусловленную несовершен­ством средств и методов измерений. Разность этих неопределенностей и может рассматриваться как количество информации, имеющей в общем случае вероятностный характер.

В процессе отражения измерительная информация образуется во взаимодействии по крайней мере двух материальных систем — объек­та измерения и прибора. Таким образом, прибор является источни­ком измерительной информации. Измерительная информация — это полученные при измерениях значения физической величины. Реальная измерительная информа­ция получается в определенной конкретной форме сообщений: в виде чисел, масштабных диаграмм, взаимного расположения указа­телей и шкал и т. д., и в конечном счете связана с высшей формой отражения — сознанием, так как отображающий объект в данном случае является продуктом абстрактного мышления человека. Из­мерительному отражению соответствует эмпирическая операция сравнения измеряемой величины с ее единицей.

Так как прямые измерения путем непосредственного сравнения самой измеряемой величины с мерой (единицей) того же рода на практике случай весьма редкий, то процесс измерения физической величины в измерительной технике [4, 5, 6] в общем случае рассмат­ривается как совокупность ряда последовательных измерительных преобразований.

Понятие измерительного преобразования было предложено оте­чественными учеными М. П. Цукерманом, Ф. Е. Темниковым, Л. А. Харкевичем и используется во всех без исключения областях измерительной техники, став одним из основных исходных поло­жений.

Измерительные преобразования составляют этапы процесса измерения от восприятия физической величины до формирования и представления ее числового значения в той или иной форме. С этой точки зрения можно выделить следующие основные виды измери­тельных преобразований, которые в общем случае и описывают про­цесс получения и передачи измерительной информации: 1) первич­ное восприятие и выделение измеряемой физической величины с фор­мированием измерительного сигнала; 2) функциональное преобра­зование измерительного сигнала; 3) представление измерительной информации в той или иной форме сообщений (число, кодированный сигнал, диаграмма и т. д.).

Последовательное применение измерительных преобразований является практически единственным методом, на основании которого может быть построена любая измерительная цепь прибора, установ­ки или системы. Поэтому измерительную цепь можно представить как цепь измерительных преобразователей (ИП) — устройств, предназначенных для преобразования с однозначной функциональ­ной зависимостью входного измерительного сигнала в выходной.

Такой подход в основном и используется как при анализе, так и при синтезе измерительных цепей СИ.

Однако все возрастающее многообразие целей и условий измере­ний, требований к их результатам при частном подходе к решению задач влечет за собой разработку огромного числа возможных ва­риантов СИ, не поддающихся существенной унификации. Кроме то­го, в связи с широкой автоматизацией практически всех отраслей народного хозяйства в состав задач, решаемых информационно- измерительной техникой, наряду с измерением входит теперь ин­формационное обслуживание исследуемого (контролируемого) объек­та, включающее сбор, доставку, запоминание, регистрацию, обработку и анализ информации, полученной в процессе измерений. Это еще в большей мере увеличивает число возможных исходов проек­тируемых СИ.

Поэтому наиболее рациональным методом проектирования СИ является системный подход, заключающийся в агрегатно-блочном построении этих средств из ограниченного числа унифицированных функциональных преобразователей (блоков), имеющих нормирован­ные метрологические, эксплуатационные и другие характеристики.

Основой для такого подхода к проектированию в приборострое­нии является Государственная система приборов (ГСП).

В основу построения ГСП [7] положены следующие системотех­нические принципы: разделение технических средств по функцио­нальному назначению; минимизация номенклатуры за счет создания агрегатированных комплексов устройств; построение приборов и устройств на основе унифицированных блоков и модулей; совмес­тимость приборов и устройств путем унификации сигналов, конст­рукций и метрологических характеристик. На этой основе может быть обеспечено рациональное построение измерительных цепей.

Однако в настоящее время ГСП охватывает лишь часть [7] из­меряемых и регулируемых механических и тепловых величин: ли­нейную и угловую скорости; деформацию; усилия; крутящие момен­ты; количество изделий; твердость материалов; шум; массу; темпе­ратуру; давление; перепад давлений; уровень; расход.

Следовательно, возникают два пути разработки СИ для решения все возрастающего количества конкретных задач: 1) на основе си­стемотехнических принципов с использованием унифицированных датчиков и устройств ГСП; 2) частичное использование унифициро­ванных устройств и разработка новых средств с учетом требова­ний ГСП.

Оба эти пути в практике приборостроения используются доволь­но широко. Безусловно, системотехнический подход экономически наиболее оправдан. Однако разработка новых технических средств является актуальной проблемой как для решения конкретных тех­нических задач, так и для пополнения и обновления ГСП.

Независимо от подхода к решению конкретной технической зада­чи на стадиях проектирования возникают вопросы о целесообраз­ности разработки (применения), необходимости определения струк­туры и показателей качества СИ. Эти задачи представляют собой задачи синтеза и анализа СИ.

С другой стороны, если рассматривать проблему шире и под объектом проектирования понимать сам процесс измерения, а не только СИ, то в системном подходе можно выделить три основные этапа.

На первом этапе с целью более полного описания процесс изме­рения можно разбить на отдельные измерительные операции: вос­произведение величины заданного размера; сравнение двух ве­личин; измерительное преобразование; масштабное преобразо­вание.

На втором этапе осуществляется синтез основных разновидноетей средств выполнения операций, а также методов измерений и ме­тодов измерительных преобразований. Основная цель — определе­ние методов измерений, измерительных преобразований и операций, которые используются при выполнении измерения.

На третьем этапе выполняется синтез взаимосвязей между мето­дами измерений и преобразований со структурой средств измерений, методами повышения их точности, входными и выходными парамет­рами.

Нетрудно убедиться, что решение задач на всех трех этапах свя­зано с необходимостью идентификации всего процесса измерения. А это неизбежно приводит к составлению описаний математических моделей процесса измерения и самих СИ.