В общем случае измерением называется совокупность операций
по применению технического средства, хранящего единицу физиче-
ской величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном
или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение
значения этой величины.
Физическая величина (ФВ) — одно из свойств физического объ-
екта (физической системы, явления или процесса), общее в каче-
ственном отношении для многих физических объектов, но в количе-
ственном отношении индивидуальное для каждого из них. В про-
цессе измерения получают значение ФВ X — выражение ее размера
в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Обычно оно вы-
ражается в виде формулы
Х={х}[х], (1.1)
где {х} — число ФВ; [х] — единица ФВ.
Число ФВ представляет собой отвлеченное число, входящее в ее
значение, а единица ФВ — ФВ фиксированного размера, которой
условно присвоено числовое значение, равное 1.
Значение ФВ может быть истинным, действительным и результа-
том. Истинное значение ФВ — это значение, которое идеальным
образом характеризует в качественном и количественном отношении
измеряемую ФВ. Это абсолютная истина, достичь которую невоз-
можно. Для измеряемого свойства это значение является постоянной
величиной. На практике вместо истинного значения ФВ пользуются
ее действительным значением. Действительное значение ФВ — это
значение, полученное экспериментальным путем и настолько при-
ближающееся к истинному значению, что в поставленной измери-
тельной задаче может быть использовано вместо него. Благодаря
постоянному развитию измерительной техники оно является пере-
менной величиной. Результат измерения ФВ — это значение, по-
лученное путем ее измерения (х).
В процессе измерения используется средство измерения — тех-
ническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нор-
мированные метрологические характеристики (MX), воспроизводя-
щее и (или) хранящее единицу ФВ, размер которой принимают не-
изменным (в пределах установленной погрешности) в течение
известного интервала времени.
По виду СИ подразделяются на измерительные преобразователи,
измерительные приборы, измерительные устройства, измерительные
установки, измерительные системы и меры.
Измерительный преобразователь (ИП) — это техническое сред-
ство с нормированными MX, служащее для преобразования изме-
ряемой величины в другую величину, или измерительный сигнал,
удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования,
индикации или передачи. Информация с выхода измерительного
преобразователя недоступна для восприятия наблюдателем. По по-
ложению ИП в измерительной цепи — совокупность элементов СИ,
образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигна-
ла, который содержит количественную информацию об измеряемой
ФВ, от входа до выхода — и по функции преобразования различают
следующие виды ИП.
Первичный ИП — измерительный преобразователь, на который
непосредственно воздействует измеряемая ФВ, т.е. первый преоб-
разователь в измерительной цепи. Конструктивно обособленный
первичный ИП, от которого поступают измерительные сигналы (он
«дает» информацию), называется датчиком, а часть первичного ИП,
непосредственно воспринимающая измеряемую ФВ, — чувстви-
тельным элементом.
Передающий ИП — измерительный преобразователь, предназна-
ченный для дистанционной передачи сигнала измерительной инфор-
мации.
Масштабирующий ИП предназначен для изменения размера из-
меряемой ФВ в заданное число раз. Функциональный преобразова-
тель используется для изменения выходной величины в определенной
функции от входной, например выходная величина является лога-
рифмом значения входной величины.
Измерительный прибор — это СИ, предназначенное для получе-
ния значений измеряемой ФВ в установленном диапазоне и ее ин-
дикации в форме, доступной для непосредственного восприятия
наблюдателем. Показывающий ИП допускает только отсчет показа-
ний, регистрирующий обеспечивает запись показаний на диаграмму
или печать значений в графической или цифровой форме. Сигнали-
зирующий ИП подает световой или звуковой сигнал при достижении
измеряемой величины определенного значения, а интегрирующий
суммирует показания за определенный промежуток времени. У анало-
гового ИП показания являются непрерывной функцией измеряемой
величины, а у цифрового выходной сигнал дискретный.
Измерительная установка — совокупность функционально
объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преоб-
разователей и других устройств, предназначенных для измерений
одной или нескольких ФВ и расположенных в одном месте.
Измерительная система — совокупность функционально объеди-
ненных мер, измерительных приборов, измерительных преобразова-
телей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных
точках контролируемого объекта с целью измерений одной или не-
скольких ФВ, свойственных этому объекту, и выработки измеритель-
ных сигналов в разных целях.
Мера — СИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хра-
нения ФВ одного или нескольких заданных размеров, значения ко-
торых выражены в установленных единицах и известны с необходи-
мой точностью.
Информационно-измерительная система (ИИС) — совокупность
функционально объединенных измерительных, вычислительных и
других вспомогательных технических средств для получения измери-
тельной информации, ее преобразования, обработки с целью пред-
ставления потребителю (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде
либо автоматического осуществления логических функций измере-
ния, контроля, диагностирования, идентификации (распознавание
образов).
Виды и методы измерений
Существует несколько видов измерений. При их классификации
исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени,
вида уравнения измерений, условий, определяющих точность резуль-
тата измерений, и способа выражения этих результатов.
Статические измерения — это измерения, при которых изме-
ряемая ФВ остается постоянной во времени в процессе измерения;
динамические измерения — измерения, при которых измеряемая ФВ
изменяется в процессе измерения. Прямые измерения — измерения,
при которых искомое значение ФВ находят непосредственно из
опытных данных: х = {х} [х]. Примером прямых измерений может
служить измерение температуры стеклянным термометром. При
косвенных измерениях искомое значение (у) определяется по резуль-
татам прямых измерений (х) величин, связанных с искомой извест-
ной функциональной зависимостью:
Примером косвенного измерения является измерение сопротив-
ления резистора методом амперметра—вольтметра, т. е. по результа-
там прямых измерений протекающего по резистору тока и напряже-
ния на нем: R = U/1. При совокупных (совместных) измерениях
искомое значение (уу) определяется по результатам прямых измерений
одноименных (разноименных) значений х, путем решения системы
уравнений
где i = 1 ...п, j = 1 ...т, п > т; х, — результаты прямых измерений;
yj — искомые значения.
Если х, — одноименные ФВ, это совокупный вид измерения, а
если разноименные, то совместный.
Наиболее распространенными являются прямые измерения, слу-
жащие основой для более сложных видов измерений. Они могут
осуществляться двумя методами: методом непосредственной оценки
и методом сравнения с мерой. Под методом измерения в общем
случае понимается совокупность использования принципов и средств
измерений.
При методе непосредственной оценки значение ФВ определяет-
ся прямо (непосредственно) по отсчетному устройству СИ (например,
измерение давления обычным манометром).
Метод сравнения с мерой подразумевает сравнение измеряемой
величины с величиной, воспроизводимой мерой. В зависимости от
используемой меры (постоянной или регулируемой) он подразделя-
ется на дифференциальный и нулевой методы.
Дифференциальный (разностный) метод предусматривает из-
мерение разности между измеряемой величиной и мерой (рис. 1.1, а).
Элемент сравнения (ЭС) определяет разность между измеряемой
величиной и мерой: ± а = х — хм; х = хм ± а;хи = const. Результат из-
мерения х отсчитывается по значению меры хм и разности а по от-
счетному устройству. Точность этого метода тем выше, чем меньше
разность а. При нулевом методе измеряемая величина уравновеши-
вается известной, воспроизводимой мерой (рис. 1.1, б). Мера в этом
случае является регулируемой (хм = var) и уравновешивает измеряемую
величину х, т.е. нуль-индикатор (НИ), фиксирует разность ± а =
= х — хм =0; отсчетное устройство (ОУ) представляет это значение
меры как результат измерения: х = хм.
Примером дифференциального и нулевого методов сравнения
является взвешивание неизвестного груза соответственно на разно-
плечих и равноплечих весах.
В измерительных устройствах, используемых в составе систем
автоматизации, уравновешивание осуществляется автоматически
(рис. 1.1, в). В этом случае функцию НИ выполняет ЭС, а функции
оператора — исполнительный механизм (ИМ).
Нулевые методы являются наиболее точными, так как в этих ме-
тодах измеряемая величина полностью уравновешивается или заме-
щается значением меры данной величины, поэтому их точность за-
висит от точности самих мер.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 241.
