Общая характеристика измерения

Измерение есть нахождение значения физической величины опытным путем с применением технических средств, имеющих нормированные, метрологические свойства и называемых средствами измерений.

Номенклатура измеряемых величин при испытаниях ВРД достаточно разнообразна. Для определения этих величин используются различные принципы и методы измерений. При этом под принципом измерения подразумевается совокупность физических явлений, лежащих в основе данного измерения; метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

В испытаниях ВРД применяются прямые и косвенные измерения. При прямых измерениях искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных. При косвенных измерениях предварительно подвергаются прямым измерениям некоторые вспомогательные величины х₁, х₂,..., х_n, а значение искомой величины у определяется с помощью известной зависимости у=f(х₁, х₂,..., х_n). Например, определение скорости потока газа по измеренным значениям полного и статического давлений и температуры относится к косвенным измерениям.

Средства измерений подразделяются на меры, измерительные преобразователи, приборы, установки, системы и вспомогательные средства.

Меры - средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера.

Измерительные преобразователи - устройства, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации, не поддающегося непосредственному восприятию наблюдателем, но имеющего удобную для передачи, обработки и хранения форму. Совокупность преобразовательных элементов, обеспечивающая необходимые преобразования сигнала измерительной информации, образует измерительную цепь средства измерения, или измерительный канал. В начале измерительной цепи находится первичный преобразователь, который непосредственно воспринимает воздействие измеряемой величины. В большинстве первичных преобразователей измеряемая величина преобразуется в электрический сигнал. Для усиления сигнала (без изменения его размерности или формы) предназначены масштабные преобразователи (усилители), а для преобразования его размерности или формы - промежуточные преобразователи. В случае необходимости передачи информации на значительные расстояния применяются передающие преобразователи.

Совокупность измерительных преобразователей, объединенных в один конструктивный узел, который непосредственно взаимодействует с экспериментальным объектом, называют также датчиком.

Измерительные приборы - средства измерений, обрабатывающие сигнал измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателем. В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией измеряемой величины, а в цифровых показания представлены в цифровой форме. По способу вывода показаний они подразделяются на показывающие, регистрирующие, самопишущие и печатающие.

Измерительные установки характеризуются тем, что входящие в них элементы сосредоточены в одном месте, а сигналы измерительной информации могут восприниматься наблюдателем.

В измерительных системах составляющие их элементы соединяются между собой каналами связи, а сигналы измерительной информации должны находиться в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.

Сведения о значении измеряемой величины содержатся в сигналах измерительной информации. Сигнал может характеризоваться одним параметром (постоянное напряжение, давление рабочей жидкости) или несколькими (частота, фаза, амплитуда переменного тока). Для того чтобы сигнал содержал измерительную информацию, необходимо, чтобы хотя бы один из его параметров был функционально' связан с измеряемой величиной. Этот параметр сигнала называется информативным в отличие от остальных – неинформативных параметров.

Статической характеристикой средства измерения называется зависимость информативного параметра его выходного сигнала от информативного параметра входного сигнала при определенных значениях неинформативных параметров. Различают номинальную (типовую) статическую характеристику (называемую также функцией преобразования) и рабочую, описывающую свойства конкретного экземпляра средства измерения (градуировочная характеристика). Статические характеристики определяются при неизменных по времени значениях входного сигнала и могут выражаться формулой, графиком или таблицей.

Отношение изменения выходного сигнала Dl к вызвавшему его изменению Dх измеряемой величины называется чувствительностью средства измерения. Абсолютная чувствительность S=Dl/Dx; относительная – S₀=Dl/(Dх/х). Если статическая характеристика линейна, то величина S будет постоянной во всем диапазоне измерений. В противном случае она будет изменяться и при каждом значении х будет равна производной l по х:

Важной характеристикой измерительных приборов является цена деления шкалы, или цена единицы наименьшего разряда цифрового кода, равная соответствующему изменению измеряемой величины.

Диапазон показаний измерительного прибора есть разность между значениями измеряемой величины, соответствующими конечному и начальному значениям шкалы (значениям кода). Диапазон измерений или рабочая часть шкалы - это область значений измеряемой величины, для которой погрешности измерений не превышают допустимых. Диапазон измерений ограничен верхним и нижним пределами измерений.

При измерении переменных по времени величин погрешность измерения будет зависеть от инерционных свойств средства измерения. Эти свойства описываются динамическими характеристиками, которые определяют зависимость информативного или какого-либо из неинформативных параметров выходного сигнала от изменяющихся по времени параметров входного сигнала.

Например, при изменении входного сигнала по гармоническому закону а_вх=A_вхsinwt выходной сигнал средства измерения также будет изменяться по гармоническому закону а_вых=A_выхsin(wt+j). Амплитудно-частотной характеристикой называется изменение отношения: амплитуд в зависимости от круговой частоты; A_вых/A_вх=f(w); фазо-частотной характеристикой - изменение угла сдвига фаз j от значений w: j=f(w).

Простейшими нормируемыми показателями, характеризующими инерционность средств измерений, являются полоса пропускаемых частот сигнала (диапазон изменения частоты, в пределах которого не происходит изменений отношения A_вых/A_вх) и время установления выходного сигнала (время выхода его на постоянный уровень при скачкообразном изменении сигнала на входе).

Динамические характеристики рассчитываются или определяются экспериментально. Они позволяют оценить возможность применения того или иного средства измерения в конкретных условиях.