Измерительные преобразования и преобразователи

Процесс измерения, выполняемый любым измерительным устройством, состоит из ряда последовательных частных преобразований измеряемой величины, проводимых до тех пор, пока она не будет представлена в том виде, ради получения которого и выполняется данное измерение. Эти отдельные частные преобразования измеряемой величины реально осуществляются отдельными элементарными узлами измерительного устройства – измерительными преобразователями.

Таким образом, по этой концепции любое реально осуществленное измерительное устройство состоит из последовательной цепи измерительных преобразователей, образующих канал преобразования измеряемой величины в результат измерения. Под преобразованием понимается передача информации о значении измеряемой величины от одного ее носителя к другому, т.е. преобразование информации о значении измеряемой величины. Поэтому под преобразованием понимается преобразование измерительной информации о значении величины, а под измерительным устройством – цепь измерительных преобразователей, образующих канал преобразования информации о значении измеряемой величины в результат измерения.

Это понятие измерительного устройства охватывает не только чисто измерительные устройства, предназначенные для познания числового результата измерения наблюдателем, но и более сложные и совершенные устройства, когда результат измерения воспринимается не человеком, а ЭВМ.

Изложенная концепция вступает в противоречие с принятым в настоящее время определением понятия измерения как познавательного процесса с конечным результатом только в виде некоторого числа. Для устранения этого противоречия на основании изложенных исходных положений определение понятия измерения может быть сформулировано следующим образом.

Измерение – это процесс приема и преобразования информации об измеряемой величине с целью получения количественного результата ее сравнения с принятой шкалой или единицей измерения в форме, наиболее удобной для дальнейшего использования человеком или ма­шиной.

Таким образом, главным признаком измерения является получение информации о количественном значении измеряемой величины, однако форма, в которой будет представлен результат измерения, не может определяться безотносительно к тому, для чего необходим результат этого измерения.

Исходя из концепции измерительных преобразований, можно определить и понятие метода измерения и его структуру.

Метод измерения – это совокупность отдельных преобразований информации о значении измеряемой величины, необходимая для получения результата измерения в заданной форме. Структурная схема метода измерения – это схема комплекса преобразований измерительной информации и их взаимодействия в процессе измерения.

По форме представления информации преобразователи разделяются на дискретные и аналоговые. Методы измерительных преобразований, которые могут быть использованы как при дискретной, так и при аналоговой форме представления информации, весьма разнообразны. Однако с метрологической позиции, т.е. с точки зрения состава результирующей погрешности и зависимости ее от погрешностей отдельных преобразователей, методы измерительных преобразований разделяются только на два основных вида, принципиально отличающихся друг от друга: метод прямого преобразования и метод уравновешивающего преобразования.

Метод прямого преобразования характеризуется тем, что все преобразования информации производятся только в одном (прямом) направлении от входной величины X через посредство измерительных преобразователей к выходной величине (рис. 6.4.1, а).Буквами на рис. 6.4.1, а обозначены промежуточные выходные величины соответствующих преобразователей.

Результирующая чувствительность всего канала, в котором используется метод прямого преобразования, определяется произведением чувствительностей всех составляющих его преобразователей, а результирующая погрешность канала в равной мере определяется погрешностями всех преобразователей.

Метод уравновешивающего преобразования характеризуется тем, что используются две цепи преобразователей (рис. 6.4.1, б): цепь прямого преобразования, состоящая из преобразователей и цепь обратного преобразования, состоящая из преобразователя b.

Рис. 6.4.1. Методы преобразования:

а) метод прямого преобразования; б) метод уравновешивающего

преобразования

Таким образом, метод уравновешивающего преобразования отличается тем, что выходная величина, получаемая в результате уравновешивающего преобразования, подвергается обратному преобразованию с помощью цепи b в величину , однородную с входной преобразуемой величиной X, и уравновешивает ее, в результате чего на первый преобразователь цепи поступает только небольшая часть входной преобразуемой величины X.

Отличительными определяющими чертами метода уравновешивающего преобразования яв­ляются наличие обратного преобразования выход­ной величины в величину, однородную с входной преобразуемой величиной, и их взаимное уравно­вешивание с той или иной степенью точности.