5. Аналоговые и цифровые методы измерений. Непрерывные и дискретные методы измерения.
Аналоговые и цифровые методы измерений
Измеряемое
значение – это произведение числового
значения на размер соответствующей
единицы. В процессе измерения информация
об этом числовом значении (измерительная
информация) передается с помощью
сигналов. При аналоговом
способе измерения
устанавливается прямая с
вязь
между значением измеряемой величины и
значением физической величины сигнала.
Так, например, в ртутном термометре
высота столбика соответствует определенной
температуре. Таким образом, используется
не само числовое значение, а
аналоговая величина.
Цифровой
способ измерения
характеризуется тем, что р
езультат
измерения, точное числовое значение
(размер) вырабатывается в измерительном
устройстве или, по меньшей мере, выводится
из него. При этом обработка сигнала
производится числовым методом, как в
ЦВМ.
При цифровом показании отсчет производится без ошибки. При отсчете аналогового показания преобразование его в число производится оператором. Точность отсчета зависит от способности оператора к интерполяции. Поэтому отсчет аналоговых показаний содержит погрешности. Преимущество аналогового вывода измеряемой величины состоит в большей наглядности.
Непрерывные и дискретные методы измерения
При непрерывном методе измерения все элементы измерительного устройства работают непрерывно во времени.
Дискретная система содержит по крайней мере один элемент, работающий прерывисто. Очевидно, что при дискретном методе измерительная информация теряется.
Если по графическому изображению какой-либо функции времени построить таблицу значений абсцисс и ординат, то промежуточные величины функции будут потеряны. Этот пример показывает, что аналого-цифровое преобразование всегда приводит к дискретной системе и принципиально связано с потерей информации.
6. Классификация средств измерений. Структура измерительных приборов. Метрологические характеристики средств измерения.
Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.
Классификация средств измерений
По техническому назначению:
мера физической величины - cредство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;
измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;
измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;
измерительная установка (измерительная машина) - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте;
измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;
измерительно-вычислительный комплекс - функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.
По степени автоматизации:
автоматические;
автоматизированные;
ручные.
По стандартизации средств измерений:
стандартизированные;
нестандартизированные.
По положению в поверочной схеме:
эталоны;
рабочие средства измерений.
По значимости измеряемой физической величины:
основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;
вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.
Метрологические характеристики средств измерений
Метрологическими называют характеристики, оказывающие влияние на результаты погрешность измерения. Под нормированием МХ понимается количественное задание определенных номинальных значений и допустимых отклонений от этих значений.
Основной метрологической характеристикой средства измерения является его погрешность. Она характеризуется отличием показаний СИ от действительного значения измеряемой величины, под которой понимают значение физической величины, найденное экспериментальным путем с помощью рабочих эталонов.
По способу выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности СИ.
Абсолютная погрешность прибора равна
=х п-хд,
где х п -
показания прибора; хд –
действительное значение или показания
рабочего эталона.
По характеру зависимости от измеряемой величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные. Аддитивная погрешность(погрешность нуля) - погрешность, остающаяся постоянной при любых значениях измеряемой величины. Мультипликативная погрешность (погрешность чувствительности)– погрешность, линейно возрастающая или убывающая текущему значению входной величины.
Суммарная абсолютная погрешность выражается уравнением
=а + bх.
К аддитивной погрешности можно отнести смещение нуля;помехи; шумы; погрешность, вызванную трением в опорах, и т. д. Если СИ присуща только аддитивная погрешность, то целесообразно нормировать абсолютную погрешность.
К мультипликативной можно отнести погрешности изготовления добавочного резистора в вольтметре или шунта в амперметре, погрешности коэффициента деления масштабного преобразователя и т. д. Так как относительная мультипликативная погрешность остается постоянной при изменении измеряемой величины,то в этом случае целесообразно нормировать погрешность СИ в виде относительной погрешности.
Для измерительных приборов характерен следующий ряд параметров:
Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, на который рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной точностью измерения).
Порог чувствительности — некоторое минимальное или пороговое значение измеряемой величины, которое прибор может различить.
Чувствительность связывает значение измеряемого параметра с соответствующим ему изменением показаний прибора.
Точность — способность прибора указывать истинное значение измеряемого показателя (предел допустимой погрешности или неопределённость измерения).
Стабильность— способность прибора поддерживать заданную точность измерения в течение определенного времени после калибровки.