11.7. Моделирование средств измерений

11.7.1. Структурные элементы и схемы средств измерений

Построение и изучение СИ невозможно без математических моделей (ММ), адекватно описывающих те иные их свойства и характеристики. В метрологии пользуется моделирование измерительных сигналов (см гл. 10) и моделирование СИ.

Математическая модель СИ описывает взаимосвязь его показаний Y со значением измеряемой величины Х, конструктивными параметрами а₁, а₂, ..., a_L и влияющими величинами z₁, z₂,..., z_к: Y = F (x; a₁, a₂... a_L; z₁, z₂,..., z_к)

Для построения MM средств измерений необходимо знать, как устроены последние и каким образом происходит преобразование измерительных сигналом нужно знать структуру СИ. Для сложных СИ, каковыми являются большинство современных приборов, анализ их составных частей и ММ является далеко не простой задачей. Для ее оптимального решения, а также для упрощения анализа процессов, протекающих в СИ, введены понятия структурной схемы и измерительных цепи, канала и тракта.

Измерительная цепь — совокупность элементов СИ, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала от входа до выхода и обеспечивающих. Осуществление всех его преобразований.

Измерительный канал — это измерительная цепь, образованная последовательным соединением СИ и других технических устройств, предназначенная для измерения одной величины и имеющая нормированные метрологические характеристики.

Измерительный тракт — совокупность измерительных каналов, предназначенных для измерения определенной величины и имеющих одинаковые метрологические характеристики.

Структурная схема — условное обозначение измерительной цепи (канала или тракта) СИ с указанием преобразуемых величин. Эта схема определяет основные структурные блоки СИ, их назначение и взаимосвязи.

Основной предпосылкой, использованной при введении этих понятий, было обоснованное допущение о том, что каждое преобразование сигнала происходит в отдельном звене или блоке. Структурные схемы состоят из соединенных определенным образом структурных элементов (блоков), каждый из которых выполняет одну из ряда функций, связанных с измерением. Свойства структурных элементов или их совокупностей описываются с помощью соответствующих уравнений, известных из физики, электротехники, электроники и других технических наук.

Основной характеристикой структурного, элемента является его функция (уравнение) преобразования Y =f (X, K_{j ,}Z_i) — уравнение, связывающее между собой входной X и выходной Y сигналы элемента, его параметры K_j и в ряде случаев внешнее влияющее величины Z_i.Функция преобразования структурного блока является его математической моделью. Ее вид зависит от того, насколько полно элемент необходимо описать и какие его свойства являются для исследователя наиболее важными.

На структурных схемах элементы изображаются в виде прямоугольников, внутри которых написано или каким-то образом условно обозначено их название.

Кроме того, на схемах обязательно должно быть показано направление распространения измерительной информации, т. е. обозначены входы и выходы структурных элементов. Часто приводят поясняющие надписи, временные зависимости сигналов в характерных точках таблицы и пр.