Уравнение измерения.
Сущность измерения
Точное описание измерительных процедур опирается на корректное определение целей, связанное с развитием методов и средств измерений.
Современные методы измерений все больше используют алгоритмизацию, когда содержательное описание заменяется формализованным.
Цель измерений: установление числового значения физической величины опытным путем. В основе измерения лежит сравнение аналоговой величины с образцовой, удовлетворяющей требованиям единства измерений.
Любое измерение сопровождается фиксированием тех или иных факторов. В статических измерениях, входное воздействие рассматривается как реализация случайного измерения.
В основе формализованного описания лежит уравнение измерений, устанавливающее связь результата с входным воздействием и выполненными преобразованиями.
Наличие уравнения измерения позволяет провести метрологический анализ измерительной процедуры и результатов измерений. При его проведении получается результат идеальной реализации принятого алгоритма.
Уравнение измерений имеет несколько разновидностей следующего вида:
(1)
(2)
(3)
- преобразование в аналоговой форме
- преобразование в числовой форме
Н- не идеальность принятого метода
К- аналогово-цифровой преобразователь
Y-входное воздействие
Г-гипотетичность
(1)-уравнение измерения, которое показывает неидеальность метода
(2)-уравнение измерения, которое представляет собой принятый алгоритм
(3)- гипотетический алгоритм уравнения измерений, который представляет собой истинное значение измеряемой величины.
Основное место среди этих преобразований занимает АЦП, обеспечивающее переход к числовому представлению, т.е. формированию кодовой комбинации некоторого промежуточного значения результата аналогового преобразователя входного воздействия. АЦП предполагает выполнение операции сравнения с мерой, являющейся составной частью соответствующего устройства.
Данная операция не исчерпывает всей процедуры сравнения измеряемой величины с единицей этой величины, и далее рассматривается, как ее составная часть, необходимая для формирования результата измерения.
Рассмотрим пример, относящийся к измерению температуры, с помощью измерительной аппаратуры, структура которой изображена на рис.:
| Д |
| НП |
| АЦП |
| П |
Структура измерительного цепи процессорного измерителя температуры.
Д – датчик;
НП – нормирующий преобразователь;
П – процессор.
Измерение температуры сводится к следующему:
Входное воздействие Sj с помощью первичного преобразователя (датчика), трансформируется в электрический сигнал или изменение параметра электрической цепи. НП превращает выходной сигнал датчика в сигнал унифицированный по виду и диапазону измерения. Далее осуществляется АЦП, и с помощью П масштабирование.
В основе измерения лежит сравнение результата обусловленного входным воздействием (t) с аналоговым эффектом образцового воздействия, для которого определяется вид градуировочной характеристики датчика, которая описывает его зависимость выходного сигнала от входного воздействия, и значение коэффициента характеризующего унифицированное преобразование. С учетом этих данных результат АЦП трансформируется П в числовой эквивалент температуры.
Переход от аналоговой величины к числовому эквиваленту сопровождается дескритизацией входных воздействий, поскольку каждое числовое значение соотносится либо с фиксированным моментом времени, либо с фиксированными пространственными координатами.
Обобщенная блок схема измерительной системы (идеализированная).
| Измерительное устройство |
х ха (показания)
установка
измерительная система
Присущий измерению, в измерительной установке, процесс нормирования представлен видимой информацией о мере (эталоне) физической величины.
Идеализация этой блок схемы состоит в том, что не учитывается влияние помех на процесс измерения. Информация об измеряемой величине преобразуется измерительным устройством в показания.