Измерение и его основные операции

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] (см.???). 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 Q_м заданного размера N[Q], однородной с преобразованной величиной Q;

- сравнения однородных ФВ: преобразованной Q и воспроизводимой мерой Q_м = N[Q].

Структурная схема измерения показана на рис.???. Для получения результата измерения необходимо обеспечить выполнение при N = q условия:

D = Q – q[Q] = F(X) – q[Q] = min(F[X] – N[Q],

т.е. погрешность сравнения величин Q и Q_M должна быть минимизирована. В этом случае результат измерений находится как Х = F {q[Q]}, где F - операция, обратная операции F, осуществляемой при измерительном преобразовании.

Измерительное преобразование - операция, при которой устанавливается взаимно однозначное соответствие между размерами в общем случае неоднородных преобразуемой и преобразованной ФВ. Измерительное преобразование описывается уравнением вида Q = F(Х), где F - некоторая функция, или функционал (см. рис. 2.4). Однако чаще стремятся сделать преобразование линейным: Q = КХ, где К - постоянная величина.

Основное н азначение измерительного преобразования - получение и, если это необходимо, 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.

Рис. 2.4. Структурная схема измерения

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 Q_M, основанное на единице данной ФВ [Q]: Q_M = N[Q] (см. рис. 2.4).

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 Q_M - это операция, заключающаяся в установлении отношения этих двух величин: Q > Q_M, Q < Q_M или Q = Q_M. 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 Q_M может быть лишь установлено, что ½Q-Q_M½ < [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 делится 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: 2015-07-10