3. Измерительные сигналы, виды, типы модели сигналов. Классификация детерминированных сигналов.

В соответствии с РМГ 29-99 сигналы являющиеся функциональными носителями измерительной информации называются измерительными.

Согласно положениям теории информации сигналы могут различаться по их информативным параметрам.

Ограничимся рассмотрением детерминированных сигналов, поведение которых в любой момент времени известно.

Детерминированные измерительные сигналы характеризуются тем, что при повторении условий наблюдения они принимают одни и те же значения или одни и те же последовательности значений. Для их математического описания используются аналитические функции.

Очевидно, что кроме детерминированных, бывают случайные сигналы, для описания которых используются методы теории вероятности и теории случайных функций.

Здесь IP – информативный параметр.

Таким образом, сигналы могут быть аналоговыми и квантованными. Аналоговый сигнал в любой момент времени характеризуется какими-то численными значениями и может быть представлен бесконечно большим количеством значений по уровню. Квантованный сигнал, напротив, представляется конечным числом значений по уровню. Области значений, в которых определён подобный сигнал, называют интервалом (уровнями) квантования. Квантование по уровню должно быть весьма точным, однако число возможных квантованных значений (уровней квантования) конечно. Числа уровней кодируют, такие сигналы называют цифровыми. Следует отметить, что к числу аналоговых сигналов также относятся сигналы, значения которых задано лишь в определённое время – это дискретизированные сигналы.

4. Методы измерений.

4.1 Термины и определения в соответствие с рмг 29-99

Принцип измерений - физическое явление и эффект, положенное в основу измерений.

Метод измерений – приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. ( Примечание – метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений)

РМГ даёт определение следующих методов измерений:

1. Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

2. Метод сравнения с мерой (метод сравнения) – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. (Метод Борда)

3. Нулевой метод измерений – метод сравнений с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

4. Метод измерения замещением (метод замещения). Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

5. Метод измерений дополнением (метод дополнения). Метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчётом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.

6. Дифференциальный метод измерений (дифференциальный метод). Метод измерений , при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающиеся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.

7. Контактный метод измерений - метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерений.

8. Бесконтактный метод измерений – метод, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерений.

В методе непосредственной оценки показания используемого измерительного прибора полностью определяют результат измерения.

В методе сравнения с мерой результат измерения полностью определяется значением меры, при этом показания прибора используются только для оценки разности между мерой и применяемой физической величиной. Метод сравнения с мерой определяет методы измерений замещением, нулевой метод и метод измерений дополнением. Нулевой метод основан на том, что влияние неизвестной величины на измерительную систему устраняется путём компенсирующего воздействия, величина которого известна.

Примером использования нулевого метода является мостовой измеритель сопротивления.

В том случае, когда R3=R2=Constant, значение R1 неизвестно, а значение R4 может подбираться и однозначно определено, то с помощью такого прибора можно измерить сопротивление, помещаемое вместо R1. Отличительной чертой мостовой схемы является то, что состояние равновесия не зависит от источника питания. Помимо использования метода для измерения электрических сопротивлений, метод может быть полезен для измерения других физических величин, например гидравлических сопротивлений, температуры с помощью терморезисторов и т. д.

Если в методе измерения дополнением неизвестная и известная величина одновременно участвуют в каждом измерении, то в методе измерений замещением они участвуют по отдельности одна вслед за другой.

В методе измерения замещением сначала по отклонению стрелки или по показанию индикатора измерительной системы определяется неизвестное значение измеряемой величины. Затем неизвестная величина заменяется известной и регулируемой величиной, которая подстраивается таким образом, чтобы получился точно такой же результат измерения. Показания измерительной системы в этом случае играют лишь промежуточную роль. Поэтому характеристики измерительной системы не должны влиять на результат измерения. Важным является лишь стабильность системы во времени и её разрешающая способность.

При калибровке измерительной системы применяется, по существу, метод измерений замещением. Сначала система калибруется по известной величине. Затем можно точно измерить неизвестную величину, если значение совпадает с одной из откалиброванных точек. Метод измерения замещением часто используют также в качестве простого средства установления «равенства», когда точность используемой измерительной системы не имеет значения.

Дифференциальный метод рассмотрим на примере следующей задачи:

Необходимо измерить длину стержня примерно равную 101мм., с погрешностью 1 мм. Если мы применим метод непосредственной оценки, то необходимо воспользоваться измерительным инструментом, например штангенциркулем с нониусом, дающим погрешность в 1 мм.

Точность существующих штангенциркулей не позволяет этого сделать, поэтому применяется дифференциальный метод.

Применяется концевая мера, представляющая собой мерный брусок, имеющий необходимую длину. Применим меру 100,000мм.  . Различие по длине примерно равное 1мм. Измерим с помощью измерительной головки. Точность такой головки равна 0,1мкм.

Таким образом, точность измерений обеспечивается.

Следует отметить, что в РМГ 29-99 даны определения основных методов измерений, при этом рекомендации не оговаривают общее количество этих методов и их назначения.