Конечной целью измерительного преобразования, выполненного перед процедурой измерения, является получение величины, удобной для измерения. Чаще всего – это изменение рода сигнала, усреднение или функциональное преобразование, проводимые с помощью измерительных преобразователей (ИП) в тех случаях, когда для измеряемой величины отсутствуют устройство сравнения и меры.
Рассмотрим два варианта реализации метода замещения с предварительным преобразованием вида измеряемой величины (рис.5.13).
Рис. 5.13. Методы замещения: а – с регулируемой мерой;
б – с регулируемым масштабным преобразованием величины
Если не созданы устройства сравнения, но имеются регулируемые одноканальные меры, то используют вариант метода замещения, в набор элементарных средств измерений которого (рис.5.13,а), кроме одноканальной регулируемой меры (РМ), входит устройство сравнения, работающее в режиме вычитателя (В), измерительный преобразователь (ИП), запоминающее устройство (ЗУ).
Процедура измерений разбивается на два этапа. Первый этап включает в себя операцию преобразования, осуществляемую измерительным преобразователем согласно уравнению у1=f(x1), и запоминания х1 с помощью запоминающего устройства.
На втором этапе изменяющийся выходной сигнал хN регулируемой меры преобразуется измерительным преобразователем согласно уравнению у2=f(xN). Изменения хN происходят до тех пор, пока значения у2 и у1 не уравняются. Результат измерения для линейных функций у1=f(x1) и у2=f(xN) определяется как
xN = Nxqk .
Таким же образом будет определяться хN для нелинейных функций у1=f(x1) и у2=f(xN), если хотя бы одна производная разложения у1–у2=f(x1)–f(xN) в ряд Тейлора в точке хN не равна нулю.
Для линейных функций преобразования:
(5.28)
где К', К'' - коэффициенты передачи измерительного преобразователя, d1,d2 – мультипликативные погрешности (погрешности коэффициента передачи); Dy1, Dy2 - аддитивные погрешности измерительного преобразователя, если по условию d1=d2; Dy1=Dy2 и К'=К'', то при y1=y2 x1=xN. Это означает, что при таком варианте использования метода замещения погрешности, связанные с включением в набор измерительного преобразователя, отсутствуют.
Алгоритм метода замещения с регулируемой мерой:
[x1k(1+d1)+Dy1]-[Nxqxk(1+d2)+Dy1]<Dyп.ч. (5.29)
При Dy1=Dy2, d1=d2 уравнение измерения
Nx=E|x1/qk|. (5.30)
Метод замещения с регулируемой одноканальной мерой находит широкое применение при точных измерениях.
Второй вариант реализации метода замещения строится на основе регулируемого масштабного преобразователя МП и набора средств, состоящего из вычислителя В, одноканальной нерегулируемой меры ОМ и измерительного преобразователя ИП (см.рис.5.13,б).
Методы с применением набора элементарных средств с предварительным преобразованием широко используются на только при прямых, но и при косвенных измерениях, когда осуществляется предварительное функциональное преобразование одной или нескольких величин.
Применяются методы как с аналоговым, так и с цифровым функциональным преобразованием аргументов х и у и результатов измерений NX, NY соответственно.
Так как возможны и варианты места включения измерительного функционального преобразователя, то рассматриваемые методы измерений можно разбить на четыре группы (рис.5.14). Во всех вариантах предполагается, что для получения числового выражения NZ измеряемой величины z требуется функциональное преобразование аргументов х и у (или их числовых эквивалентов Nx, Ny).
Рис. 5.14. Методы измерений с функциональным преобразованием:
а, б - аналоговые; в, г - цифровые
Методы измерений первой группы (рис.5.14,а) используются, когда имеется мера для измеряемой величины z, получаемой после функционального преобразования, z=ху. Уравнение измерений:
. (5.33)
Такой результат получается на выходе устройства управления при z=zк, фиксируемом устройством сравнения.
Методы измерений второй группы (рис.5.14,б) применяются, если имеется функциональный преобразователь с функцией, обратной заданной:
xk = f- -1(z,y), т.е. xk = nzqz / y.
Уравнение измерений:
. (5.34)
Методы третьей группы (рис. 5.14, в) предполагают наличие в составе технических средств цифрового вычислительного устройства:
.
Методы четвертой группы (рис.5.14,г) используются, когда функциональное преобразование, обратное заданному, реализуется с помощью детерминированного или стохастического преобразователя кода. Тогда:
у1=f(x1) и у2=f(xN) определяется как
(5.28)
=E|x1/qk|. (5.30)
. (5.32)
. (5.33)
. (5.34)
.