10. Воспроизведение величины заданного размера — это важнейшая операция процесса измерения, заключающаяся в создании выходного сигнала с заданным размером информативного параметра.

Методом воспроизведения будем называть совокупность приемов использования физических процессов н явлений с целью получения выходного сигнала с заданным размером иж^ормативного параметра.

Средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, называется мерой. Воспроизведение величины заданного размера можно формально представлять как преобразование кода в данную физическую величину, основанное на единице данной физической величины. «Выходом» меры при этом является квантованная аналоговая величина заданного размера, я «входом» следует считать числовое значение величины N,. Преобразователь код — аналог, выходная величина которого имеет значения, выраженные в единицах данной величины, является автоматически управляемой мерой, в которой создастся квантованный сигнал.

11. Логарифмическая мера. Чем больше уровней n может иметь измеряемая величина, тем труднее определить ее значение. Следовательно, «сходная неопределенность возрастает с увеличением числа n.

Исходную неопределенностъ знания (до выполнения измерения) можно характеризовать значением логарифмической функции от N

Неопреденность знания об истинном значении измеряемой величины после измерения можно также оценить значением логарифмической функции

Единица неопределенности и информации определяется выбором основания логарифмов а. При а = 2 она называется двоичной единицей информации (бит), при а = 10 — десятичной (дит), при а = е — натуральной (нит).

Если число возможных значений измеряемой величины априори равно N — 1, го это означает, что исходная неопределенность знания тсутствует и нет необходимости в измерения. В этом случае мера неопределенности дает значение. Чем больше число N, тем больше возможностей выбора одного из значений, тем труднее сделать правильный выбор и следовательно больше неопределенность. Информация, получаемая в измерении, тем больше, чем больше уменьшается число, возможных исходов, т. е. чем больше отношение N/n. Р

Вероятностная мера. Если заданы исходные (априорные) вероятности всех возможных исходов опыта Р( такие, что то исходную неопределенность можно оценить более стойкой»

мерой. В случае, когда априорная вероятность некоторого Л-го значения измеряемой величины приближается к 1. исходное знание характеризуется незначительной неопределенностью: можно почти с полной уверенностью ожидать, что в результате измерения будет -получено именно это значение, а не какое-то другое из .V —1 оставшихся, вероятности появления которых незначительны. Чем более близкими будут вероятности Р|,. тем труднее выбрать правильное значение, тем больше исходная неопределенность. Таким образом, мера неопределенности должна о данном случае учитывать вероятности отдельных возможных исходов. Этим интуитивно разумным требованиям, а также введенному выше требованию аддитивности отвечает предложенная К.—Э.

12. Сравнение величин является одной из важнейших метрологических операций и используется в различных информационных процедурах: контроле, измерении, распознавании, управлении и др.

Методом сравнения будем называть совокупность приемов использования физических явлений и процессов для определения соотнои»е-нин однородных величин, обычно по знаку их разности. Однако далеко не каждую величину можно сравнить таким образом с себе подобной. Все физические сигналы в зависимости от возможности создания разностного сигнала можно подразделить на три группы.

К первой группе относятся сигналы направленного действия, которые можно вычитать и, таким образом, непосредственно сравнивать бед предварительного преобразования — электрические, механические и магнитные.

Ко второй группе можно отнести сигналы, также обладающие направленным действием, однако неудобные для вычитания, но удобные для коммутации — световые потоки, ионизирующие излучения, потоки жидкости и газа.

К третьей группе следует отнести сигналы, характеризующие состояние объектов или их свойств, которые физически невозможно вычитать — влажность, концентрация веществ, цвет, запах и т. п.

Параметры сигналов первой группы являются наиболее удобными для сравнения, второй группы — менее удобными, а третьей группы ¦— непосредственно сравнить невозможно. Однако и неподдакхцнеся непосредственному сравнению величины необходимо сравнивать и измерять. Для этого их преобразуют в другие величины, которые поддаются сравнению.

Сравнение бывает одновременным и разновременным.

Операция сравнения осуществляется устройством сравнения, которое обычно состоит из вычитателя (В), создающего разность сравниваемых сигналов •X, — Хг = Др и релейного элемента (РЭ), реагирующего на знак разности А., (рис. 2.2. а). В аналоговых структурах устройство сравнения часто используется без релейного элемента в виде вычитателя и тогда -его выходом является разность Др.

Устройство сравнения на основе операции одновременного вычитания реализуется двухканальной структурой. Результатом сравнения является двухзначный кодовый сигнал а, в виде случайной, двухзначной последовательности логических «О» и «1», содержащий информа-'.цию о соотношении между сравниваемыми величинами

13. В настоящее время число исследуемых, измеряемых физических величин и параметров процессов очень велико (около 2500) и непрерывно увеличивается, а возможности средств измерения — по роду входных физических сигналов, по пределам измерения, по входному сопротивлению, динамическим характеристикам, частотному диапазону — ограничены. Поэтому возникает задача измерительного преобразорания. т. е. всестороннего согласования измеряемой величины и средства измерения.

Измерительное преобразование — операция преобразования входного сигнала в выходной, информативный параметр которого с заданной степенью точности функционально связан с информативным параметром входного сигнала и может быть измерен с достаточно высокой точностью.

В измерительное преобразование в общем случае могут входить следующие операции:

-изменение физического рода сигнала или величины;

-масштабное линейное преобразование;

-масштабно-временное преобразование (смещение, сжатие или растяжение во времени):

-нелинейное или функциональное преобразование; t .f модуляция;

-дискретизация непрерывного сигнала;

-квантование.

Измерительным преобразованием достигается:

-согласование исследуемого процесса и СИ по роду сигнала или величины;

-линейное согласование пределов изменения измеряемой величины ц пределов СИ;

-согласование частотного диапазона;

-нелинейное согласование пределов изменения X н пределов СИ (например, логарифмическое);

-компенсация нелинейности первичных измерительных преобразователей;

-функциональное выявление измеряемой величины из входного сигнала;

-уменьшение искажений исследуемого процесса из-за присоединения СИ;

-уменьшение погрешностей от внутренних и внешних помех и других причин;

-уменьшение динамических погрешностей путем дискретизации и запоминания мгновенных значений быстронзменяющейся величины.

Измерительное преобразование многих величин является сложной задачей и часто измерительный преобразователь является основным do Сложности звеном измерительного устройства. Выходные сигналы измерительных преобразователей (ИП) и их информативные параметры унифицированы Государственной системой приборов. Унифицированными сигналами являются постоянное напряжение 0...10В, постоянный ток 0...5 мА и О...20 мА. частота от 4 Гц до 100 кГц.

14. Масштабирование — это преобразование входного сигнала в однородный выходной, размер информативного параметра которого пропорционален в К раз размеру, информативного параметра входного сигнала. Число К является основной характеристикой масштабного преобразования. Масштабное преобразование реализуется в устройстве. которое называется масштабным преобразователем. Масштабные преобразователи (МП) создаются обычно для величин, характеризующих явления направленного действия (напряжений, токов и т. п.).

Методом масштабирования будем называть совокупность приемов использования физических явлений и процессов для создания сигнала, однородного со входным, с информативным параметром, кратным по размеру информативному параметру входного сигнала. Коэффициент преобразования /(мп может изменяться в процессе измерении но детерминированному закону, например по закону «лесенка» с одинаковыми размерами ступеней "в относительных единицах, или по случайному закону с задзнным законом распределения, например равномерным, несимметричным

Для измерения отношений величин в широком диапазоне МП должны быть многозначными, т. е. Кмп должен либо изменяться во времени, либо иметь одновременно много значений. МП moi ут быть одно-нлн многоканальными, с регулируемым или нерегулируемым коэффициентом преобразования Кмп- Поэтому в дальнейшем будем различать: одноканальный нерегулируемый МП. отличительной чертой которого является постоянство коэффициента преобразования.