Развитие современной измерительной техники, ориентированной на обеспечение решения проблемы автоматизации управления различными процессами (технологическими, испытательными, исследовательскими, диагностическими и т.п.) сопровождается ростом разнообразия видов измерений, расширением диапазонов измеряемых величин и условий эксплуатации средств измерений, повышением быстродействия и точности измерений.
Принципиальная особенность и основная предпосылка для расширения функциональных возможностей используемых средств измерений (СИ) заключается во введении в измерительную цепь программируемых ЭВМ. Переход от простейших измерительных приборов к современным процессорным измерительным средствам происходил в следующей последовательности:
- электромеханические измерительные механизмы (ИМ);
- измерительные механизмы с дополнительными устройствами;
- электронные измерительные приборы (ЭИП);
- цифровые измерительные приборы (ЦИП);
- информационно-измерительные системы (ИИС;
- измерительно-вычислительные комплексы (ИВК);
- процессорные измерительные средства (ПрИС)
- интеллектуальные информационно-измерительные системы (ИИИС).
Совершенствование современных средств измерений сопровождается объединением программной и аппаратной частей измерительных устройств, при возрастающей роли программного обеспечения. Расширение функциональных возможностей, повышение метрологических характеристик СИ основаны на совершенствовании методов измерений, на разработке соответствующего программного обеспечения, использовании новых материалов и технологий, в частности, нанотехнологий.
Таким образом, современный подход к изучению дисциплин в области методов и средств измерений должен включать в себя рассмотрение следующих вопросов:
- алгоритмизация измерительного процесса, обусловливающая повышение уровня формализованного описания измерительных процедур;
- влияние методов измерений на метрологический уровень результатов измерений;
- перспективы совершенствования методов измерений, коррекции погрешностей, обеспечение помехоустойчивости измерений.
В связи с этим необходимо будет уточнять применяемую в настоящее время терминологию. Например, метод измерений – правильнее было бы определить как логику процедур сравнения измеряемой величины со значением меры и организация процесса получения результатов измерений.
В процессе измерений выполняются основные и дополнительные преобразования. Основные – непосредственно связаны с процедурами сравнения измеряемой величины с мерой. К дополнительным преобразованиям измеряемых физических величин можно отнести:
- нормализацию, т.е. приведение значения величины к диапазону измерений;
- изменение вида измерительного сигнала;
- функциональные преобразования при выполнении косвенных, статистических и других видов измерений;
- коммутацию входных сигналов;
- коррекцию результатов измерений;
- согласование масштабных сеток, промежуточных преобразований и т.п.
В дальнейшем все эти функции, очевидно, будут выполняться в большинстве случаев не на аппаратном, а на программном уровне.
В настоящее время общее число измеряемых физических величин составляет: 7 основных единиц; 2 дополнительных; 113 производных.
В том числе: механических – 14; электрических и магнитных – 40; тепловых – 11; акустических – 14; световых – 15; ионизирующих излучений – 2; химических – 11.
Все они различаются своей физической природой, поэтому отличаются и методы, реализуемые соответствующими измерительными устройствами. Особенность современных методов измерений заключается в преобразовании измеряемой величины в электрические сигналы и обработке их с широким использованием микропроцессорной вычислительной техники.
Приблизительно 85% всех видов измерений относится к измерениям физических величин неэлектрической природы. В том числе это измерение: температуры – 50%; расхода – 15%; давления, усилий – 10%; уровня – 5%; характеристик материалов – 4%; электрических и магнитных величин – 5%.
Получение измерительной информации обеспечивается совокупностью технических средств сбора и первичной обработки информации, к которым относятся первичные и вторичные измерительные преобразователи (ИП). Первичные преобразователи (датчики) в большой степени определяют качество измерений и, чаще всего, работают в более тяжелых условиях по сравнению с другими элементами измерительной цепи. В связи с большим разнообразием измеряемых физических величин и условий эксплуатации парк датчиков характеризуется большим разнообразием типов и конструктивных исполнений, чем вторичные преобразователи. Поэтому при изучении данного курса сделан акцент на изучение методов и средств первичного преобразования измерительной информации.
Сигнал с первичного ИП сначала поступает в измерительную схему, затем в вычислительное устройство или в устройство отображения информации. Устройства, выполняющие функции распределения сигналов, называемые измерительными коммутаторами, могут быть контактными и бесконтактными. Лучшими по точности являются контактные коммутаторы, но они имеют низкое быстродействие.
Измерительным каналом является совокупность технических средств и линий дистанционной передачи информации. Интерфейс таких систем включает в себя устройства и алгоритмы, определяющие порядок передачи информации.
При широко применяемой в настоящее время проводной передаче измерительных сигналов для согласования первичных ИП с устройствами измерительных систем выходные сигналы унифицируют по уровню, мощности и т.п. Например, уровни постоянного тока должны быть в пределах: 0 – 5 мА; 0 – 20 мА; 4 – 20мА и т.д., а уровни напряжения постоянного тока: 0 – 10 мВ; 0 – 1В; 0 – 5В; 0 – 10В. При этом лимитируются нагрузочные сопротивления: 2,5 кОм для линий с током 0 - 5 мА; 1кОМ для токов 0 - 20мА.
В настоящее время все большее распространение приобретает цифровая беспроводная система передачи измерительной информации.
