Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

ПОСТРОЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ И РЕГИСТРАЦИЯ СИГНАЛОВ

Г Л А В А IV

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ

1.Формы преобразования сигналов

визмерительных цепях

Конечной целью процесса измерения, как известно, является сравнение данного значения измеряемой величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Однако строго говорить о не­ посредственном сравнении можно лишь при измерении линейных размеров массы, времени и некоторых других величин. Многие физи­ ческие величины не могут быть непосредственно сравнены с едини­ цей измерения, а для целого ряда величин (например, секундных расходов, мощности или энергии) единица измерения вообще не может быть вещественно воспроизведена и использована в условиях проведения исследований. Поэтому процесс измерения в основе своей связан с преобразованием измеряемой физической величины в.другую величину, сравнимую с единицей измерения.

Необходимость дистанционной регистрации результатов измере­ ний накладывает на функциональное преобразование дополнитель­ ные требования удобства передачи сигналов по измерительной цепи (малые потери энергии, помехоустойчивость, малая инерционность и т. п.). Применение вычислительной техники для обработки резуль­ татов измерения, со своей стороны, требует представления сигналов об измеряемой величине в определенной форме, зависящей от ме­ тодов обработки.

Любой измерительный преобразователь представляет собой си­ стему, в которой осуществляется преобразование энергии. Измери­ тельные сигналы формируются при этом двумя путями: переводом энергии из одного вида в другой (механической энергии в электри­ ческую, тепловой — в механическую, электрической — в магнит­

С точки зрения технических применений различают пять видов энергии: механическую, электрическую, магнитную, тепловую, хи­ мическую. Каждый из этих видов может переходить в другой. Такие переходы основаны на различных физических явлениях и эффектах; некоторые из них рассмотрены ниже. Полный обзор или даже про-

88

П р и м е ч а н и е : А — приближенно линейные, Б — приближенно квадратичные зависимости.

рующий контур может быть здесь выполнен в виде механического устройства, перемещающего ползунок резистора. Такие преобразо­ ватели получили название модулирующих, или пассивных.

Непрерывные во времени сигналы первичных измерительных преобразователей для удобства передачи их на расстояние и реги­ страции можно дискретизировать. Эта операция выполняется путем взятия отсчетов в определенные дискретные моменты tk. В резуль­ тате некоторая функция т (t) заменяется совокупностью мгновенных значений \mk\ = {т (4)}. Обычно моменты отсчетов располагаются по оси времени равномерно (tk = kAt), хотя возможна и неравно­ мерная (адаптивная) дискретизация, при которой значительно сокращается число избыточных отсчетов [124].

Интервал At можно выбирать различным путем в зависимости от допускаемой ошибки воспроизведения исходной функции. Некото­ рые критерии выбора отсчетов при определенных моделях исходных функций и способов воспроизведения могут обеспечить нулевую или близкую к нулю ошибку воспроизведения. Это, во-первых, частотный критерий Котельникова [69], при котором интервалы между отсче­ тами выбираются с учетом частотного спектра дискретизируемой функции. Известная теорема Котельникова гласит: «Функция с огра­ ниченным спектром полностью определяется своими значениями, отсчитанными через интервал At = 1/2F, где F — ширина спектра».

Во-вторых, Железновым предложен корреляционный критерий отсчетов [50], устанавливающий связь интервалов между отсчетами с интервалом корреляции исходной функции. Этот критерий пред­ полагает применение специального фильтра, обращающего в нуль ошибку воспроизведения, при помощи которого возможно безоши­ бочное восстановление дискретизированной функции за бесконечно большой интервал времени. Для непрерывной функции конечной длительности Т число некоррелированных отсчетов не превышает величины 77т0, где т 0—-интервал корреляции. Для нестационарных функций интервал корреляции — величина переменная, зависящая от эффективной полосы частот мгновенной спектральной плотности

А / э ( 0

___ 1

Т° “ 2Д/Э(t) •

Третий критерий, введенный Темниковым [123] для детермини­ рованной модели функции, устанавливает зависимость интервалов между отсчетами от величины ступени квантования по уровню и крутизны функции в точке отсчета. Если в поле неопределенности функции у = / (/) вписываются достоверно различимые ступени высотой Ау, то интервалы отсчетов определяются как

91