5.5. Методы измерений с предварительным преобразованием измеряемой величины

 

Конечной целью измерительного преобразования, выполненного перед процедурой измерения, является получение величины, удобной для измерения. Чаще всего – это изменение рода сигнала, усреднение или функциональное преобразование, проводимые с помощью измерительных преобразователей (ИП) в тех случаях, когда для измеряемой величины отсутствуют устройство сравнения и меры.

Рассмотрим два варианта реализации метода замещения с предварительным преобразованием вида измеряемой величины (рис.5.13).

 

 

Рис. 5.13. Методы замещения: а – с регулируемой мерой;

б – с регулируемым масштабным преобразованием величины

 

Если не созданы устройства сравнения, но имеются регулируемые одноканальные меры, то используют вариант метода замещения, в набор элементарных средств измерений которого (рис.5.13,а), кроме одноканальной регулируемой меры (РМ), входит устройство сравнения, работающее в режиме вычитателя (В), измерительный преобразователь (ИП), запоминающее устройство (ЗУ).

Процедура измерений разбивается на два этапа. Первый этап включает в себя операцию преобразования, осуществляемую измерительным преобразователем согласно уравнению у₁=f(x₁), и запоминания х₁ с помощью запоминающего устройства.

На втором этапе изменяющийся выходной сигнал х_N регулируемой меры преобразуется измерительным преобразователем согласно уравнению у₂=f(x_N). Изменения х_N происходят до тех пор, пока значения у₂ и у₁ не уравняются. Результат измерения для линейных функций у₁=f(x₁) и у₂=f(x_N) определяется как

x_N = N_xq_k .

Таким же образом будет определяться х_N для нелинейных функций у₁=f(x₁) и у₂=f(x_N), если хотя бы одна производная разложения у₁–у₂=f(x₁)–f(x_N) в ряд Тейлора в точке х_N не равна нулю.

Для линейных функций преобразования:

(5.28)

где К', К'' - коэффициенты передачи измерительного преобразователя, d₁,d₂ – мультипликативные погрешности (погрешности коэффициента передачи); Dy₁, Dy₂ - аддитивные погрешности измерительного преобразователя, если по условию d₁=d₂; Dy₁=Dy₂ и К'=К'', то при y₁=y₂ x₁=x_N. Это означает, что при таком варианте использования метода замещения погрешности, связанные с включением в набор измерительного преобразователя, отсутствуют.

Алгоритм метода замещения с регулируемой мерой:

[x₁k(1+d₁)+Dy₁]-[N_xq_xk(1+d₂)+Dy₁]<Dy_п.ч. (5.29)

При Dy₁=Dy₂, d₁=d₂ уравнение измерения

N_x =E|x₁/q_k|. (5.30)

Метод замещения с регулируемой одноканальной мерой находит широкое применение при точных измерениях.

Второй вариант реализации метода замещения строится на основе регулируемого масштабного преобразователя МП и набора средств, состоящего из вычислителя В, одноканальной нерегулируемой меры ОМ и измерительного преобразователя ИП (см.рис.5.13,б).

Алгоритм метода:

[хK(1+d₁)K_МП+Dy₁]-[x₀K(1+d₂) K'_МП+Dy₂]£ Dy_п.ч , (5.31)

при

d₁=d₂; и Dy₁=Dy₂ xК_МП=N_xq_kК'_МП ,

уравнение измерения

. (5.32)

Методы с применением набора элементарных средств с предварительным преобразованием широко используются на только при прямых, но и при косвенных измерениях, когда осуществляется предварительное функциональное преобразование одной или нескольких величин.

Применяются методы как с аналоговым, так и с цифровым функциональным преобразованием аргументов х и у и результатов измерений N_X, N_Y соответственно.

Т ак как возможны и варианты места включения измерительного функционального преобразователя, то рассматриваемые методы измерений можно разбить на четыре группы (рис.5.14). Во всех вариантах предполагается, что для получения числового выражения N_Z измеряемой величины z требуется функциональное преобразование аргументов х и у (или их числовых эквивалентов N_x, N_y).

 

Рис. 5.14. Методы измерений с функциональным преобразованием:

а, б - аналоговые; в, г - цифровые

Методы измерений первой группы (рис.5.14,а) используются, когда имеется мера для измеряемой величины z, получаемой после функционального преобразования, z=ху. Уравнение измерений:

. (5.33)

Такой результат получается на выходе устройства управления при z=z_к, фиксируемом устройством сравнения.

Методы измерений второй группы (рис.5.14,б) применяются, если имеется функциональный преобразователь с функцией, обратной заданной:

x_k = f^{- -1}(z,y), т.е. x_k = n_zq_z / y.

Уравнение измерений:

. (5.34)

Методы третьей группы (рис. 5.14, в) предполагают наличие в составе технических средств цифрового вычислительного устройства:

.

Методы четвертой группы (рис.5.14,г) используются, когда функциональное преобразование, обратное заданному, реализуется с помощью детерминированного или стохастического преобразователя кода. Тогда:

x_k=N_xq_x=N_z/N_yq_k=x; N_z/N_y=N_x; N_z=N_yN_x . (5.35)