Непрерывные и дискретные методы

При непрерывном методе измерения все элементы измерительного устройства работают непрерывно во времени. Дискретная система содержит, по крайней мере, один элемент работающий прерывисто. Очевидно, что при дискретном методе измерительная информация теряется.

Если по графическому изображению какой-либо функции времени построить таблицу значений абсцисс и ординат, то промежуточные значения функции будут утеряны. Этот пример наглядно показывает, что аналогово-цифровое преобразование всегда приводит к дискретной системе и принципиально связано с потерей информации.

Однако дискретный метод часто используется и без аналого-цифрового преобразования. Примером этого может служить так называемое печатающее устройство с точечной записью. Несмотря на непрерывность измерительного механизма, из-за цикличности процесса печатания он выдает дискретные во времени значения измеряемой величины. При использовании подобного устройства для многоточечного измерения с переключением каналов необходимо проверить соответствие динамики измерительного механизма динамическим свойствам измерительного сигнала.

Метод отклонения и компенсационный метод

Метод отклонения (прямого преобразования) характеризуется тем, что сравнение измеряемой величины с мерой приводят к отклонению механизма сравнения, используемому для индикации значения измеряемой величины.

Структурная схема этого метода измерения характеризуется последовательной цепью прохождения воздействий. В этой структуре, в общем, нет проблем с точки зрения динамики. Цепь устойчива, если устойчивы все еë элементы.

Однако при реализации этого метода возникают две трудности. Первая касается качества вычислительных операций, в частности сравнения измеряемой величины с мерой. Очень часто мерой является сила колебаний пружины. Трудность состоит в обеспечении точности и линейности еë характеристики при больших отклонениях. Кроме того, при возрастании отклонения увеличивается также сила, действующая в механизме сравнения. Размер элементов механизма, например опор, выбирается для условий максимального отклонения, при этом ухудшается чувствительность механизма. Это приводит к погрешности (особенно вблизи нижнего предела измерения) и к нежелательной нелинейности.

Вторая трудность касается возможного обратного воздействия процесса измерения на процесс, соответственно на измеряемую величину. Энергия или мощность, необходимая для измерения по методу отклонения, очень часто отбирается от процесса, что приводит к искажению измеряемой величины. Наиболее известным примером такого воздействия является измерение напряжения высокоомного источника с помощью вольтметра, действующего по методу отклонения.

При компенсационном (нулевом) методе измеряемая величина компенсируется величиной, воспроизводимой мерой. Разность этих величин поддерживается малой независимо от размера измеряемой величины. Поэтому нуль-прибор может быть рассчитан для работы только в области нуля. Благодаря этому достигается его чувствительность и устраняется нелинейность при больших отклонениях измеряемой величины. В уравновешенном состоянии нуль-прибор не нагружен, благодаря чему исключается обратное воздействие на процесс.

При нулевом методе воспроизводимая мера используется для компенсации измеряемой величины во всем диапазоне измерений, а также для показания значения. Поэтому для осуществления этого метода необходима изменяющаяся мера высокого качества.

Близким к методу компенсации является метод замещения, применяемый главным образом при использовании весов. В этом случае величина, подлежащая измерению, дополняется изменяющейся мерой до значения, компенсирующего значения постоянной меры. Здесь действуют все преимущества компенсационного метода. Кроме того, благодаря постоянству нагрузки узлов нуль-прибора (например, коромысел весов и опор) систематическая ошибка не зависит от измеряемой величины.

В отличие от метода измерения по отклонению в последних двух методах возникает замкнутая цепь воздействий (контур регулирования). Вследствие этого устойчивость отдельных компонентов уже не обеспечивает общей устойчивости. Процесс балансирования требует определенного времени и не может быть ускорен без снижения запаса устойчивости.