2. Контрольні запитання

1. Дайте визначення основних вимірювальних процедур: контроля, лічби, вимірювання.

2. Розкрийте поняття “фізична величина” .

3. В чому полягає сутність вимірювання?

4. Наведіть приклади вимірювання, контролю, лічби.

5. Зформулюйте основні принципи створення раціональної системи ФВ.

6. Як утворюються кратні та дольні ФВ?

7. Як утворюються похідні ФВ?

8. Наведіть приклади утворення похідних ФВ.

9. Які задачі вирішує метрологія для забезпечення єдності вимірювань?

Лекція 2

1. Вимірювальні операції та засоби їх реалізації

Вимірювання – це багатоопераційна процедура. Довільний процес вимірювання можна представити певним набором вимірювальних операцій з числа таких:

• відтворення фізичної величини заданого розміру,

• вимірювальне перетворення,

• порівняльне перетворення,

• масштабне перетворення,

• чисельні операції,

• кодове перетворення.

Сукупність цих вимірювальних операцій є функціонально повною, тобто достатньою для реалізації будь-якого вимірювання без застосування інших операцій та процедур. Перелічені операції виконують певні пристрої.

Мірило – це вимірювальний пристрій, призначений для відтворення та зберігання ФВ одного чи декількох розмірів, значення яких відоме із заданою точністю. Якість мірила визначає не тільки точність відтворення, але й стабільність у часі, незалежність результату від дії зовнішніх умов. ( Приклади мірил: лінійка, гиря, кварцевий генератор, зразкова котушка опору).

Вимірювальний перетворювач – вимірювальний пристрій, призначений для виконання вимірювального перетворення, тобто перетворення однієї ФВ в іншу (або одного сигналу в інший), розміри яких (або інформативні параметри яких) функціонально пов’язані. Таке перетворення може бути пов’язане зі зміною фізичного роду ФВ чи зміною тільки її розміру, трансформацією часового масштабу, модуляцією, тощо. Під сигналом розуміється будь-яке збурення матеріального середовища, що містить відомості про певну ФВ, досліджуваний об’єкт чи подію та може бути зареєстровано одним з відомих способів. Під вимірювальним сигналом розуміється сигнал, один чи декілька параметрів якого є інформативними. В загальному випадку сигнал змінюється в часі t і залежить не тільки від невідомого інформативного параметру x(t), але й від певної сукупності неінформативних параметрів, які можуть бути представлені вектором . Математично сигнал можна представити моделлю виду . Вимірювальні перетворювачі застосовують для узгодження вимірювальної величини з вимірювальним приладом (або його окремими складовими) за масштабом та родом сигналів.

Вимірювальний перетворювач, який першим взаємодіє з вимірюваною ФВ називається первинним або сенсором. ФВ різної фізичної природи (оптичні, акусичні, магнітні тощо) за допомогою сенсорів перетворюються в електричні сигнали - електричний струм чи напругу. Далі під сигналом (вимірювальним сигналом) будемо розуміти електричний сигнал, який отримано на виході сенсора.

Компаратор чи пристрій порівняння – вимірювальний пристрій, призначений для отримання співвідношень більше/меньше двох однорідних фізичних величин ( терези).

Масштабний перетворювач – вимірювальний пристрій, призначений для перетворення вимірювального сигналу в однорідній з трансформацією одного чи декількох його параметрів.

В одному вимірювальному приладі сигнал може піддаватись послідовно декільком перетворенням, які утворюють ланцюг перетворень. В терезах, наприклад, виконується такий ланцюжок перетворень: маса m ® сила F ® плече l ®момент сили F l ® число.

Чисельний вимірювальний перетворювач (обчислювальний компонент) – вимірювальний пристрій, який уявляє собою сукупність засобів обчислювальної техніки та програмного забезпечення і виконує обчислювальні операції з числовими характеристиками вимірювальних сигналів, або іншою вимірювальною інформацією.

Кодовий засіб вимірювання (аналогово-цифровий перетворювач) – засіб вимірювання, в якому створюється кодовий сигнал вимірювальної інформації.

Перелічені найпростіші засоби вимірювальної техніки використовують для побудови вимірювальних приладів, в яких створюються візуальні сигнали вимірювальної інформації. Вимірювальний прилад уявляє собою певну сукупність вимірювальних пристроїв, яка дозволяє отримати вимірювальну інформацію про значення ФВ.

Аналоговий вимірювальний прилад – це прилад, в якому візуальний сигнал візуальної інформації подається за допомогою шкали та вказівника.

Цифровий вимірювальний прилад – це прилад, в якому візуальний сигнал візуальної інформації подається у вигляді цифр чи символів на показувальному пристрої.

Вимірювальний канал – це сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів зв’язку та інших технічних засобів, призначених для створення сигналу візуальної інформації про одну ФВ.

Вимірювальна система – це сукупність вимірювальних каналів, вимірювальних приладів та інших технічних засобів, об’єднаних для створення сигналів вимірювальної інформації про декілька вимірювальних ФВ.

Вимірювальна інформаційна система (ВІС) – це сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів контролю, діагностування, та інших технічних засобів, об’єднаних для створення сигналів вимірювальної та інших видів інформації.

Інформаційно-вимірювальний комплекс (ІВК) – це автоматизований засіб вимірювання електричних величин на основі якого можна створювати інформаційно-вимірювальні системи шляхом:

• приєднання до входу вимірювальних каналів ІВК первинних перетворювачів (давачів) вимірюваної величини з електричним вихідним сигналом;

• генерації на основі програмних компонентів ІВК програм обробки інформації та керування експериментом, орієнтованих на вирішення конкретних задач;

• приєднання до виходів каналів сигналів управління об’єктом, що впливають безпосередньо на об’єкт вимірювання;

• модифікації ІВК під конкретну задачу за рахунок додавання чи часткової заміни технічних чи програмних компонентів.

В останній час набуває поширення новий термін – вимірювальна станція. Під цим терміном розуміється сукупність засобів вимірювальної техніки та програмно-апаратних засобі обчислювальної техніки, які поєднані конструктивно в одному блоці та забезпечують вимірювання багатьох різнорідних фізичних величин чи параметрів сигналів (наприклад, напруги, сили струму, частоти, часових інтервалів, фазових зсувів, коефіцієнту гармонік тощо).