Структура измерительных систем

 

Определим структуру измерительной системы.

Очевидно, что наиболее удобным являются передача и обработка элементов сигнала.

В том случае, если измеряемый объект сам порождает электрический сигнал, то нам остается только преобразовать его. В том случае, если мы измеряем физическую величину не электрической природы, то необходимо создать датчик, преобразующий эту физическую величину в электрический сигнал.

Информация, которую мы хотим получить от измеряемого объекта не всегда имеет форму активной информации. В тех случаях, когда измеряемая величина не является активной, необходимо воспользоваться источником возбуждения, который будет оказывать воздействие на измеряемый объект. Тогда отклик объекта (вместе с самим воздействием) будет содержать желаемую информацию. Если же измеряемый объект сам порождает сигнал, уже содержащий желаемую информацию, то во внешнем возбуждения нет надобности.

Таким образом, обобщенную модель измерительной системы можно представить как

 

Рис. Обобщённая модель измерительной системы

 

К прибору подводится информационный поток в виде множества входных величин , в результате их обработки на выходе системы получаем .

Связь между входными и выходными величинами называют передаточными свойствами системы, а математическая зависимость, связывающая входное воздействие с выходным сигналом называют передаточной функцией.

Одинаковые системы характеризуются одинаковыми свойствами и передаточными функциями. Если пренебречь воздействием влияющих величин и полагать, что в данный момент времени на вход системы поступает единственная измеряемая величина Хе, то такую систему можно описать статической характеристикой вида Xa = f(Xe).

Для более общего анализа необходимо учитывать изменение Хе во времени, поэтому выражение можно переписать

Xa(t) = f [Xe(t)]

 

В том случае, если мы рассматриваем реакцию системы на входной сигнал, изменяющийся с какой либо частотой, то эта реакция будет зависеть от динамических характеристик системы

 

Xa(w) = f [Xe(w)]

 

Рассмотрим подробнее состав измерительной системы

 

Рис. Состав измерительной системы

 

Как правило, электрический сигнал на выходе датчика не пригоден для того, чтобы быть непосредственно представленным наблюдателю. Часто бывает необходимо сначала подвергнуть его обработке того или иного вида (усилению, фильтрации, коррекции нелинейности датчика и др.). После такой обработки сигнал может быть представлен наблюдателю на индикаторе или зарегистрирован регистратором.

Бывает так, что результат измерения не регистрируется и не воспроизводиться индикатором, а непосредственно используется для управления каким-то процессом. Целью управления процессом является такое регулирование, при котором выходной сигнал соответствует определенным требованиям.

Если управление основано на измерении такого параметра процесса, на котором не отражаются результаты управления, то система управления называется разомкнутой. В том случае, если управление базируется на измерениях, результаты которых зависят от предыдущих управляющих воздействий, то возникает замкнутый контур регулирования. Этот метод называется управление с обратной связью. Типичный пример управление кондиционером.

При проектировании измерительных систем следует иметь в виду, что измерения делятся на прямые и косвенные, что в свою очередь позволяет подразделить измеряемые физические величины на основные и производные (измеряемые с помощью основных).

 

 

Основные величины	Производные величины
1. Линейное перемещение	Длина, толщина, уровень, шероховатость поверхности, износ, вибрация, сила, давление, твердость, деформация, ускорение.
2. Угловое перемещение	Угол атаки, направление потока, угловая вибрация.
3. Линейная скорость	Угловая скорость, расход, вибрация, шум, количество движения.
4. Линейное ускорение	Вибрация, удар, масса.
5. Угловое ускорение	Угловая вибрация, момент инерции.
6. Сила	Вес, удельный вес, напор, механическое напряжение, вращающий момент, вибрация, давление, высота, шум.
7. Температура	Теплопроводность, давление, поток, скорость газа, турбулентность.
8. Свет	Световой поток, освещенность, спектр распределения, длина, механическое напряжение, частота.
9. Время	Частота, статистическое распределение, число предметов.