Структурные модели процессов измерений 1 Структурные модели

Структурные модели процессов измерений 1

Структурные модели процессов измерений Из основного уравнения измерений Q = q[Q] следуют другие варианты реализации уравнения измерений: 1. 2. 3. 4. Первые два варианта подразумевают наличие операции сравнения физических величин (размерных), вторые две – операции сравнения безразмерных величин (чисел, отношений). 2

Структурные модели процессов измерений 1. Сравнение Воспроизведение Поиск Приписывание размерности Масштабирование (умножение) 3

Структурные модели процессов измерений Пример 1 – Измерение массы с помощью рычажных весов Массу Q, находящуюся на одной чаше весов, уравновешивают путем подбора массы q[Q] гирь, устанавливаемых на другую чашу. Здесь значения q[Q] воспроизводятся с помощью набора гирь – набора разнономинальных мер {q 1[Q], q 2[Q], … , qn[Q]}, из которых оператор в процессе измерения подбирает нужную комбинацию. Операция сравнения осуществляется оператором. Поиск нужного значения q[Q] производит путем перебора возможных значений мер массы опять-таки оператор. При этом алгоритм перебора может быть самым разным. 4

Структурные модели процессов измерений Пример 2 – Измерение длины с помощью линейки Линейка есть мера, хранящая и воспроизводящая единицу длины, но мера многозначная, т. е. имеющая множество делений, полученных путем масштабирования. Оператор перебирает деления шкалы линейки (все возможные деления) до тех пор, пока не найдет то, которое совпадает с измеряемым размером, т. е. оператор осуществляет поиск и сравнение. 5

Структурные модели процессов измерений Пример 3 – Измерение электрического напряжения вольтметром уравновешивающего типа Компаратор Источник опорного напряжения Устройство формирования и запоминания кода Кодоуправляемый делитель напряжения 6

Структурные модели процессов измерений 2. Приписывание размерности Масштабирование (деление) Сравнение Поиск Воспроизведение 7

Структурные модели процессов измерений 3. Воспроизведение Определение отношения Сравнение Поиск Приписывание размерности 8

Структурные модели процессов измерений 4. Сравнение Определение отношения Поиск Приписывание размерности Масштабирование Воспроизведение (умножение) 9

Структурные модели процессов измерений Пример 4 – Измерение электрического сопротивления с помощью уравновешенного моста Сравнение Поиск 10

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения Операции воспроизведения единицы измеряемой физической величины и сравнения осуществить в явном виде не всегда возможно. Поэтому прибегают к ещё одной операции – операции измерительного преобразования одной физической величины в другую (связанную с ней уравнением связи): 1. измерительного преобразования величины, воспроизводимой мерой, в величину того же рода, что и измеряемая величина. 2. измерительного преобразования измеряемой величины в величину того же рода, что и величина, воспроизводимая мерой. 3. измерительного преобразования измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, в однородные величины. 11

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения S 1 x – S 2 q[Qy] = 0 Измерительное преобразование Приписывание размерности Сравнение Поиск Измерительное преобразование Воспроизведение Масштабирование 12

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения Пример 5 – Измерение электрического тока путём преобразования в электрическое напряжение Измерительное преобразование Компаратор Источник опорного напряжения Устройство формирования и запоминания кода Кодоуправляемый делитель напряжения 13

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения Пример 6 – Измерение электрического тока с помощью магнитоэлектрического прибора Измерительный механизм состоит из рамки 2, вращающейся в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками постоянного магнита NS и цилиндрическим сердечником 1 из мягкой стали. Рамка 2 вместе со стрелкой 7 для отсчета показаний по шкале 6 прибора закреплены на кернах 5, опирающихся на подпятники 3. Установленные на кернах спиральные пружинки 4, создающие противодействующий повороту рамки момент, крепятся одним концом к оси 5, а другим – к неподвижной части прибора. Кроме того, эти пружинки являются токоподводящими элементами рамки. 14

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения Пример 6 – Измерение электрического тока с помощью магнитоэлектрического прибора Рамка представляет собой прямоугольник длиной l и шириной 2 r и состоит из n витков тонкой медной проволоки, скрепленных между собой лаком. Рамка оказывается под действием равномерного и радиального магнитного поля, в силу чего, независимо от угла поворота рамки, плоскость ее оказывается параллельной вектору магнитной индукции В. Таким образом, при протекании по рамке электрического тока I на подвижную систему действует вращающий момент 15

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения Пример 6 – Измерение электрического тока с помощью магнитоэлектрического прибора Противодействующий момент образуется при закручивании спиральной пружины. Он пропорционален углу поворота рамки q W – удельный противодействующий момент, значение которого определяется упругими свойствами пружины. Рамка, а следовательно, и стрелка указателя, останавливается, когда минимальной , т. е. Выразив результат не в единицах угла поворота q, а в делениях a шкалы прибора , получим уравнение процесса измерения тока при 16

Структурная модель в случае неявной формы реализации операций воспроизведения и сравнения Пример 6 – Измерение электрического тока с помощью магнитоэлектрического прибора Преобразование 1/d Преобразование 2 rl. Bn Сравнение моментов Движение рамки Воспроизведение Масштабирование (умножение) W 17