Основные функции измерительной системы

Понятие функционального блока

Для создания сложных измерительных систем и анализа отдельных измерительных приборов рассмотрим функциональную схему. Рассмотрение отдельных измерительных приборов и измерительных схем позволяет выделить общие для всех систем функции, выполняемые отдельными их частями. Изображение этих функций в виде символических блоков, связанных между собой сигналами, характеризующими физические величины, дает функциональную структурную схему измерительной системы.

Рисунок 3.1.1 – Функциональная схема измерительной системы: 1 – восприятие измеряемой величины, 2 – преобразование измерительной информации, усиление, 3 – вычислительные операции, 4 – передача измерительной информации, 5 – отображение измерительной информации, 6 – эталон

Эта функциональная схема неполно отражает последовательность прохождения сигналов; не следует также делать вывод об отсутствии обратной связи в системе, показанной на рисунке 3.1.1.

Таким образом, схема прохождения сигналов и функциональная схема в общем случае не идентичны. Из анализа функций, показанных на рисунке 3.3.1, вытекает целесообразность раздельного изучения функциональных блоков, как элементов измерительных устройств или измерительных схем. Анализ методов измерения конкретных физических величин в этом случае ограничен рассмотрением специфических проблем, связанных с восприятием измеряемой величины и соответствующих функциональных блоков, рассматриваемых как конструктивные элементы измерительных систем, Расчленение измерительной системы на функциональные блоки в аспекте задач приборостроительной техники удобное, чем использование структурных схем прохождения сигналов. В последующих главах будут рассмотрены вопросы реализации конкретных функциональных блоков в различных приборах.

Ниже на основе рисунка 3.1.1 кратко рассмотрены некоторые основные функциональные блоки.

Восприятие измеряемой величины.

Первичной задачей любой измерительной системы является восприятие физической величины. Часто так называемый чувствительный элемент преобразователя не является в прямом смысле самостоятельным элементом прибора, а совмещен с другими его элементами. В процессе измерения физической величины возникают проблемы представительности и однонаправленности преобразования. Основной задачей является выработка сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшей ее обработки при минимальной обратной реакции системы (помехах, энергетических затратах).

Преобразование измерительной информации и её усиление.

При использовании для измерений определенных физических явлений возникает необходимость преобразовывать сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной, в другую физическую величину (например, давление в напряжение; температуру в давление и т. п.).

Наряду с преобразованием измерительной информации часто возникает необходимость усиления сигнала, например, его мощности, преобразования выходного сопротивления или изменения уровня сигнала.

Вычислительные операции.

Каждый измерительный прибор выполняет (часто в неявном виде) какую-либо вычислительную операцию. Преобразованием называют сравнение с так называемой мерой. В простейшем случае операция нормирования сигнала представляет собой градуировку шкалы. Кроме того, при обработке измерительной информации наряду с четырьмя основными арифметическими операциями выполняются возведение в степень, извлечение корня, интегрирование, логарифмирование и др.

Такие операции необходимы в том случае, если зависимость между первичной воспринимаемой датчиком измеряемой величиной и представляемой указателем величиной нелинейна (например, при определении скорости потока по перепаду давлений, электрометрическом измерении рН и т. д.) Определение отображаемой величины по нескольким одновременно измеряемым величинам также производится путем вычисления (например, при измерении тепловых потоков). В зависимости от необходимости и вида последующей обработки данных применяют различные технические средства.

Обработка измерительной информации.

Полученные в результате вычислительных операций значения величин используются не только для моментального отображения, но все чаще подвергаются обработке - уплотнению информации. При этом наряду с выполнением дальнейших вычислительных операций обычно необходимо временное запоминание измеряемых величин. Такая обработка измерительной информации осуществляется, прежде всего, в связи с анализом сигналов во временном, соответственно частотном диапазоне (получение усредненных значений, анализ частотного спектра и т. д.). С помощью свободно программируемых вычислительных устройств могут быть выполнены, кроме того, любые аналитические и логические операции.

Отображение измерительной информации.

Если измерительная информация не подлежит дальнейшей автоматической обработке, а передается визуально наблюдателю, то измерение заканчивается ее отображением. Для этого существует много возможностей. Способ отображения измерительной информации необходимо учитывать при анализе погрешностей. В настоящее время нередко выбор метода измерения определяется требуемым видом отображения измеряемой величины. Так, если требуется цифровая информация, то целесообразно на ранних стадиях измерения переходить к дискретным методам.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: