Аналоговый и цифровой методы измерения.

Измеренное значение представляет собой произведение числового значения на размер соответствующей единицы. В процессе измерения информация об этом числовом значении передается с помощью сигналов. При аналоговом способе измерения устанавливается прямая связь между значением измеряемой величины и значением физической величины сигнала.

Цифровой метод измерения характеризуется тем, что результат измерения вырабатывается в измерительном устройстве или выводится из него. При этом обработка сигнала производится числовым методом.

Аналоговый и цифровой методы имеют свои достоинства и недостатки, и в обработке сигналов, и в выводе данных.

При цифровом методе отсчет считывается без ошибки. При аналоговом методе преобразование показания в число производится оператором, при этом точность отсчета за ранее не определяется и зависит от интерполяции. В тоже время, аналоговый сигнал имеет большую наглядность, передает больше информации. А обработка сигнала производится непрерывно, что повышает динамические свойства измерительной системы.

С другой стороны аналоговые методы по сравнению с цифровыми являются менее точными, но зато их можно использовать для измерения самых разных физических эффектов. Скорость передачи информации при аналоговом сигнале выше, чем при цифровом. Но важное преимущество цифрового метода в хорошей помехозащищенности сигнала.

Метод отклонения. Компенсационный (нулевой) метод.

Метод отклонения характеризуется тем, что сравнение измеренной величины с мерой, приводит к отклонению механизма сравнения, используемого для индикации значения измеряемой величины.

Структурные схемы этого метода характеризуются последовательной цепью прохождения взаимодействий.

х х_а

устройство сравнения

При реализации метода возникают некоторые трудности. Например: для пружины – трудность состоит в обеспечении точности и линейной ее характеристики при больших отклонениях. Например: размеры опор рассчитываются (обычно) на максимальный сигнал, при этом ухудшается чувствительность механизма, появляются нелинейные характеристики на минимальных значениях. Также возможно обратное воздействие процесса измерения на сам процесс, и соответственно на измеряемую величину. Например: по методу отклонения: при высоком напряжении источника – шунтирование цепи, следовательно, вносится погрешность.

Примером компенсационного (нулевого) метода является определение массы или веса тела, весами типа:

Измеряемая величина компенсируется величиной воспроизводимой мерой. Разность этих величин поддерживается малой, независимо от размера измеряемой величины. Поэтому нуль-прибор рассчитан для работы только в области нуля, благодаря этому достигается его чувствительность и устраняется нелинейность, которая возникает при большом отклонении измеряемой величины.

В уравновешенном состоянии нуль-прибор не нагружен. Поэтому исключено воздействие измеряемой величины на процесс. Здесь все зависит от точности мер.

Пример структурной схемы компенсационного метода.

х х_а

х_n

1 – чувствительный элемент;

2 – преобразователь;

3 – нуль-прибор;

4 – 5 – человек-вычислитель;

6 – измер. мера;

7 – устройство предоставления результата.

Близким методу компенсации является метод замещения, применяемый при использовании весов. в этом случае величина, подлежащая измерению, дополняется изменяющейся мерой до значения, компенсирующего значение измеряемой величины. Плюс такого метода – постоянная нагрузка на систему, систематическая ошибка не зависит от измеряемой величины. Однако процесс балансировки требует времени и его нельзя ускорить без снижения запаса устойчивости.

Рассмотрим 2 примера нулевого метода:

1. потенциометрический

R может быть проградуирован в величинах напряжения.

2. мостовой

В нуль-индикаторе мостового типа регулируется R₁ пока напряжение U₁ не станет равным U_x

В практических двухдиапазонных схемах часто устанавливают сначала грубо ожидаемое значение, а затем на втором диапазоне подстраивают.