Под измерительным каналом ИС(измерит.система) понимается конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого – функция измеряемой величины.

Взаимодействие ИС с объектом иллюстрируется с помощью рис. 1.

Измерительные каналы ввода ИК-2 предназначены для получения информации о состоянии объекта, измерительные каналы вывода ИК-1 предназначены для формирования воздействий на объект, а ЭВМ – для обработки результатов измерений, регистрации и индикации результатов измерений и результатов их обработки. Измерительные каналы состоят из компонентов, под которыми понимают технические устройства, входящие в состав ИС и выполняющие одну из функций, предусмотренных процессом измерений. В соответствии с этими функциями компоненты подразделяют на: – измерительные, – связующие, – вычислительные, – комплексные – вспомогательные. Назначение компонентов ИС и примеры устройств, реализующих их, приведены в таблице 1. Измерительные каналы ИС могут быть простыми и сложными. В простом ИК реализуется прямой метод измерений путем последовательных измерительных преобразований. Сложный ИК в первичной части представляет собой совокупность нескольких простых ИК, сигналы с выхода которых используются для получения результата косвенных, совокупных или совместных измерений или для получения пропорционального ему сигнала во вторичной части сложного ИК ИС.

5. Основные понятия и определения связанные с измерительными каналами САУ

Измерительные каналы являются наиболее сложной частью систем авто­матизации и требуют глубоких знаний для получения достоверных результатов измерений. Качество полученных данных зависит не только от погрешности средств измерений, вовремя выполненной поверки или калибровки, но, в боль­шей степени, от корректности методики измерений, правильности выполнения системы заземления, экранирования и кабельной разводки. Измерительные каналы систем автоматизации, в отличие от измерительных приборов, созда­ются в «полевых условиях», что является причиной появления ошибок, наличие которых не всегда удается обнаружить. Множество проблем возникает при выполнении статистической обработки результатов измерений, при необхо­димости достичь предела разрешающей способности системы, при выполнении косвенных, совместных и многократных измерений.

Измерение — это совокупность операций, обеспечивающих нахождение со­отношения измеряемой величины с ее единицей измерения и получение значе­ния этой величины. Измерение выполняется с помощью технического средства, хранящего единицу физической величины.

Контроль — это операции по определению соответствия характеристик из­делия установленным нормам. Контроль включает в себя проведение изме­рений, испытаний или проверки характеристик изделия. Результатом кон­троля является заключение о соответствии или несоответствии. Может быть получено несколько градаций состояния соответствия. Контроль харак­теризуется достоверностью, т.е. степенью доверия к его результатам. Если контроль выполняется с помощью средств измерений, он называется измери­тельным контролем.

Индикатор — это техническое средство, предназначенное для установле­ния наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее по­рогового значения. Например, индикатор может выдавать сигнал о превыше­нии уровня загазованности котельной порогового значения.

Измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и дру­гих технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объ­екта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойствен­ных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на изме­рительные информационные, измерительные контролирующие, измеритель­ные управляющие и др.

Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) — функционально объ­единенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкрет­ной измерительной задачи.

Измерительный капая — совокупность технических средств измеритель­ной системы, которая выполняет законченную функцию от восприятия изме­ряемой величины до получения результата измерения, выраженного числом или соответствующим ему кодом.

Точность измерений — основная характеристика качества средств изме­рений, которая характеризует степень близости результата измерения к ис­тинному значению измеряемой величины. Точность можно представить как величину, обратную модулю относительной погрешности, однако количествен­ное выражение точности используется редко, обычно говорят «высокая точ­ность, низкая точность», а для численного описания точности используют по­нятие погрешности.

Погрешность измерений — величина отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Предел допускаемой погрешности — границы зоны, за которую не долж­на выходить погрешность с вероятностью, равной единице. Параметр сред­ства измерений.

Косвенные измерения — измерения, при которых результат определяется по известной зависимости между искомой величиной (т.е. величиной, которую надо найти) и измеряемыми величинами. Пример — измерение сопротивления путем измерения напряжения и тока с последующим нахождением их отноше­ния является косвенным измерением.

Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, измерение вольтамперной характеристики диода. Для определения параметров зависимости обычно используют метод наименьших квадратов.

Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют пу­тем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Пример — измерение сопротивления двух резисторов по результатам измерения измерений суммарного сопротивления их последо­вательного и параллельного соединения.

Инструментальная, или аппаратная погрешность — погрешность сред­ства измерения. Делится на основную и дополнительную.

Основная погрешность измеряется и нормируется в нормальных условиях эксплуатации.

Дополнительная погрешность учитывает влияние внешних факторов — температуры, давления, напряжения источника питания, влажности, утечки входных каскадов измерительного преобразователя и др.

Погрешность метода измерений (методическая погрешность) — состав­ляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершен­ством принятого метода измерений. Погрешность метода иногда называют тео­ретической погрешностью.

Динамическая погрешность возникает, когда измеряемая величина не по­стоянна во времени. Для ее описания используют, например, импульсную или переходную характеристику средства измерения или их изображения по Лапла­су и Фурье. Увеличивается при приближении частоты измеряемого сигнала к границе полосы пропускания измерительного канала.

Систематическая погрешность — погрешность, величина которой остает­ся постоянной от измерения к измерению и которая может быть обнаружена с помощью поверки или калибровки и затем скомпенсирована. Примером являет­ся погрешность нелинейности термопары, которая компенсируются с помощью таблиц поправок в контроллере измерительного модуля.

Промах — погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных ре­зультатов этого ряда. Иногда вместо термина «промах» применяют термин «грубая ошибка» измерений.

Абсолютная погрешность измерительного прибора определяется как раз­ность между измеренным с его помощью и точным значением измеряемой ве­личины. Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины.

Относительная погрешность выражается в процентах от текущего зна­чения измеряемой величины.

Порог чувствительности — наименьшее значение физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.

Приведенная погрешность — это отношение абсолютной погрешности к верхнему пределу диапазона измерений для симметричных диапазонов изме­рений или к ширине диапазона для несимметричных.

6. Основные понятия и определения связанные с методами измерения

Физические величины (ФВ) – ограниченное кол-во свойств, общих в кач. отношении для различных объектов, но индивидуальных для каждого из них в колич/м. Качеств. сторона определяет вид ФВ (эл. сопр.), а колич. - ее размер (сопр. данного резистора). Колич. содержание свойства общее в колич. отношении для конкр. объекта – размер ФВ.

Измерение — это совокупность операций, обеспечивающих нахождение со­отношения измеряемой величины с ее единицей измерения и получение значе­ния этой величины. Измерение выполняется с помощью технического средства, хранящего единицу физической величины.

Важно:

1) измерять можно свойства реально существующих объектов;

2) измерение требует проведения опытов;

3) измерение производится с помощью средств измерения, приводимых в взаимодействие с объектом;

4) результатом измерения являются значения ФВ.

Виды измерений. Примеры.

Измерения (И) – разнообразны, наиб. распространена классификация в зависимости от способа обработки экспериментальных данных:

Косвенные измерения — измерения, при которых результат определяется по известной зависимости между искомой величиной (т.е. величиной, которую надо найти) и измеряемыми величинами. Пример — измерение сопротивления путем измерения напряжения и тока с последующим нахождением их отноше­ния является косвенным измерением.

Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, измерение вольтамперной характеристики диода. Для определения параметров зависимости обычно используют метод наименьших квадратов.

Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют пу­тем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Пример — измерение сопротивления двух резисторов по результатам измерения измерений суммарного сопротивления их последо­вательного и параллельного соединения.

Методы измерений.

В зависимости от способов применения меры или величины различают метод непосредственной оценки (МНО) и метод сравнения с мерой (МСМ).

При МНО значение измеряемой величины (ИВ) определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (ИП), шкала которого была заранее проградуирована с помощью многозначной меры, воспроизводящей известные значения ИВ, напр. измерение U вольтметром.

При МСМ производится сравнение ИВ и величины воспроизводимой мерой, сравнение может производится либо непосредственно, либо через другие величины однозначно связанных между собой. При МСМ – обяз. участие в процессе измерения меры известной величины (ИзвВ), однородной с ИВ.