6.3.2. Понятие единицы измерения

Если на основе данного измерительного преобразования может быть построена функциональная шкала измеряемой величины, все интервалы которой с достаточной степенью точности равны между собой, то каждый из этих интервалов или некоторое их число могут быть приняты в качестве единицы измеряемой величины. В этом случае, если за единицу измерения величины X принято ее значение, равное , то любое произвольное значение величины X можно выразить как . Это соотношение может быть прочитано так: измеряемая величина (X) составляет столько-то ( ) единиц ( ). Таким образом, результат измерения при использовании единицы измерения есть отношение измеряемой величины X к выбранной единице :

. (6.1.13)

Таким образом, измерением называется процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Исходя из этого, уравнение называют основным уравнением измерения.

Сравнивая это определение с определением, вытекающим из теории информации, легко заметить их основную разницу. Теория информации утверждает, что результат измерения может быть уточнен только до некоторого интервала и поэтому само измерение сводится к выбору этого интервала из ряда возможных интервалов. Последнее же определение отвлекается от этого обстоятельства и сужает понятие измерения, связывая его лишь со шкалой, построенной на основе единицы измерения. Кроме того, установление единицы измерения само по себе еще не решает задачи осуществления процесса измерения. Для этого необходимо физически воспроизвести выбранную единицу измерения в виде образцовой меры и, кроме того, иметь измерительную аппаратуру, аттестуемую с помощью этой образцовой меры и используемую для проведения самого процесса измерения.

6.3.3. Метод построения измерительных устройств

Использование метода измерительного преобразования для построения функциональных шкал измеряемых величин не исчерпывает всего значения этого метода, а является одним из частных его применений. Более общее значение этого метода состоит в том, что он является единственным методом практического построения измерительных устройств, так как любое измерительное устройство использует те или иные функциональные связи между входной и выходной величинами.

Это очевидно в более сложных измерительных устройствах (в ваттметрах, в приборах для электрических измерений неэлектрических величин, в телеизмерительных устройствах и т.п.). Если понимать под функциональным преобразованием масштабное преобразование в виде умножения на постоянный коэффициент, то это преобразование имеется и в простейших измерительных устройствах (например, в микрометре).

Такое понимание измерительных преобразований все глубже и глубже проникает в теорию измерительные устройств и становится основным аксиоматическим положением этой теории.

6.4. Измерительные преобразования и преобразователи

Процесс измерения, выполняемый любым измерительным устройством, состоит из ряда последовательных частных преобразований измеряемой величины, проводимых до тех пор, пока она не будет представлена в том виде, ради получения которого и выполняется данное измерение. Эти отдельные частные преобразования измеряемой величины реально осуществляются отдельными элементарными узлами измерительного устройства – измерительными преобразователями.

Таким образом, по этой концепции любое реально осуществленное измерительное устройство состоит из последовательной цепи измерительных преобразователей, образующих канал преобразования измеряемой величины в результат измерения. Под преобразованием понимается передача информации о значении измеряемой величины от одного ее носителя к другому, т.е. преобразование информации о значении измеряемой величины. Поэтому под преобразованием понимается преобразование измерительной информации о значении величины, а под измерительным устройством – цепь измерительных преобразователей, образующих канал преобразования информации о значении измеряемой величины в результат измерения.

Это понятие измерительного устройства охватывает не только чисто измерительные устройства, предназначенные для познания числового результата измерения наблюдателем, но и более сложные и совершенные устройства, когда результат измерения воспринимается не человеком, а ЭВМ.

Изложенная концепция вступает в противоречие с принятым в настоящее время определением понятия измерения как познавательного процесса с конечным результатом только в виде некоторого числа. Для устранения этого противоречия на основании изложенных исходных положений определение понятия измерения может быть сформулировано следующим образом.

Измерение – это процесс приема и преобразования информации об измеряемой величине с целью получения количественного результата ее сравнения с принятой шкалой или единицей измерения в форме, наиболее удобной для дальнейшего использования человеком или ма­шиной.

Таким образом, главным признаком измерения является получение информации о количественном значении измеряемой величины, однако форма, в которой будет представлен результат измерения, не может определяться безотносительно к тому, для чего необходим результат этого измерения.

Исходя из концепции измерительных преобразований, можно определить и понятие метода измерения и его структуру.

Метод измерения – это совокупность отдельных преобразований информации о значении измеряемой величины, необходимая для получения результата измерения в заданной форме. Структурная схема метода измерения – это схема комплекса преобразований измерительной информации и их взаимодействия в процессе измерения.

По форме представления информации преобразователи разделяются на дискретные и аналоговые. Методы измерительных преобразований, которые могут быть использованы как при дискретной, так и при аналоговой форме представления информации, весьма разнообразны. Однако с метрологической позиции, т.е. с точки зрения состава результирующей погрешности и зависимости ее от погрешностей отдельных преобразователей, методы измерительных преобразований разделяются только на два основных вида, принципиально отличающихся друг от друга: метод прямого преобразования и метод уравновешивающего преобразования.

Метод прямого преобразования характеризуется тем, что все преобразования информации производятся только в одном (прямом) направлении от входной величины X через посредство измерительных преобразователей к выходной величине (рис. 6.4.1,а). Буквами на рис. 6.4.1,а обозначены промежуточные выходные величины соответствующих преобразователей.

Результирующая чувствительность всего канала, в котором используется метод прямого преобразования, определяется произведением чувствительностей всех составляющих его преобразователей, а результирующая погрешность канала в равной мере определяется погрешностями всех преобразователей.

Метод уравновешивающего преобразования характеризуется тем, что используются две цепи преобразователей (рис. 6.4.1,б): цепь прямого преобразования, состоящая из преобразователей и цепь обратного преобразования, состоящая из преобразователя .

Рис. 6.4.1. Методы преобразования:

а) метод прямого преобразования; б) метод уравновешивающего

преобразования

Таким образом, метод уравновешивающего преобразования отличается тем, что выходная величина, получаемая в результате уравновешивающего преобразования, подвергается обратному преобразованию с помощью цепи  в величину , однородную с входной преобразуемой величиной X, и уравновешивает ее, в результате чего на первый преобразователь цепи поступает только небольшая часть входной преобразуемой величины X.

Отличительными определяющими чертами метода уравновешивающего преобразования яв­ляются наличие обратного преобразования выход­ной величины в величину, однородную с входной преобразуемой величиной, и их взаимное уравно­вешивание с той или иной степенью точности.