26.1.Аксиомы метрологии. Математические модели эмпирических зрв.
Ответ: 7. АКСИОМЫ МЕТРОЛОГИИ
7.1. Первая аксиома метрологии: без априорной информации измерение невозможно.
Первая аксиома метрологии относится к ситуации перед измерением и говорит о том, что если об
интересующем нас свойстве мы ничего не знаем, то ничего и не узнаем. С другой стороны, если о нем известно
все, то измерение не нужно. Таким образом, измерение обусловлено дефицитом количественной информации
о том или ином свойстве объекта или явления и направлено на его уменьшение.
Наличие априорной информации о любом размере выражается в том, что его значение не может быть
равновероятным в пределах от -¥ до +¥. Это означало бы, что априорная энтропия
и для получения измерительной информации
при любой апостериорной энтропии Н потребовалось бы бесконечно большое количество энергии. Здесь уместно напомнить слова Д.Габора, приведенные Л.Бриллюэном в статье «Теория информации и ее приложение к фундаментальным проблемам физики», о том, что «ничто не дается даром, в том числе информация». В полной мере это относится и к измерительной информации.
7.2. Вторая аксиома метрологии: измерение есть ни что иное как сравнение.
Вторая аксиома метрологии относится к процедуре измерения и говорит о том, что нет иного экспериментального способа получения информации о каких бы то ни было размерах, кроме как путем сравнения их между собой. Народная мудрость, говорящая о том, что «все познается в сравнении», перекликается здесь с трактовкой измерения Л.Эйлером, данной свыше 200 лет тому назад: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится с ней».
7.3. Третья аксиома метрологии: результат измерения без округления является случайным.
Третья аксиома метрологии относится к ситуации после измерения и отражает тот факт, что на результат реальной измерительной процедуры всегда оказывает влияние множество разнообразных, в том числе случайных факторов, точный учет которых в принципе невозможен, а окончательный итог непредсказуем. Вследствие этого, как показывает практика, при повторных измерениях одного и того же постоянного размера, либо при одновременном измерении его разными лицами, разными методами и средствами получаются неодинаковые результаты, если только не производить их округления (огрубления). Это отдельные значения случайного по своей природе результата измерения.
Распечатать таблицу №7 «Некоторые дискретные законы распределения вероятности» из лекций по метрологии И.Ф Шишкина
26. 2. Применение средств вычислительной техники в си.
26.2 Применение вычислительной техники в средствах
измерений
Усложнение современного производства, развитие научных
исследований привело к необходимости измерять и контролировать
одновременно сотни и тысячи различных величин. Естественная
физиологическая ограниченность возможностей человека в восприятии и
обработке больших объемов информации стала одной из причин появления
таких СИ, как измерительные системы. Измерительные системы – это
совокупность функционально объединенных средств измерений, средств
вычислительной техники и вспомогательных устройств, соединенных между
собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов
измерительной информации о физических величинах, свойственных данному
объекту, в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или)
использования в автоматических системах управления. Примерами могут
служить системы, развернутые на крупных предприятиях и предназначенные
для контроля технологического процесса производства какого-либо изделия,
например производство стали, электроэнергии и т.п.
В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на
измерительные, контролирующие, управляющие. По числу измерительных
каналов системы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоканальные.
Важной их разновидностью являются информационно-измерительные
системы (ИИС), предназначенные для представления измерительной
информации в виде, необходимом потребителю. По организации алгоритма
функционирования различают системы:
- с заранее заданным алгоритмом работы, правила функционирования
которых не меняются, поэтому они могут использоваться только для
исследования объектов, работающих в постоянном режиме;
- программируемые, алгоритм работы которых меняется по заданной
программе, составляемой в соответствии с условиями
функционирования объекта исследования;
- адаптивные, алгоритм работы которых, а в ряде случаев и структура,
изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и
условий работы объекта.
Наиболее перспективным методом разработки и производства ИИС
является метод агрегатно-модульного построения из сравнительно
ограниченного набора унифицированных, конструктивно законченных узлов
или блоков. При построении агрегатированных систем должны быть решены
задачи совместимости и сопряжения блоков как между собой, так и с внешними устройствами. Применительно к ИИС существует пять видов совместимости:
- информационная, которая предусматривает согласованность
входных и выходных сигналов по видам и номенклатуре,
информативным параметрам и уровням;
- конструктивная, обеспечиваемая согласованностью эстетических
требований, конструктивных параметров, механических
сопряжений блоков при их совместном использовании;
- энергетическая, предполагающая согласованность напряжений и
токов, питающих блоки;
- метрологическая, обеспечивающая сопоставимость результатов
измерений, рациональный выбор и нормирование метрологических
характеристик блоков, а также согласование параметров входных и
выходных цепей;
- эксплуатационная, т.е. согласованность характеристик блоков по
надежности и стабильности, а также характеристик, определяющих
влияние внешних факторов.
Связь между блоками системы и их совместимость устанавливается
посредством стандартных интерфейсов. Под интерфейсом понимается
совокупность механических, электрических и программных средств,
позволяющих объединить блоки в единую систему.
Структура ИИС довольно разнообразна и существенно зависит от
решаемых задач. Важной разновидностью ИИС является измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) – функционально объединенная совокупность средств
измерений, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенная для
выполнения конкретной измерительной задачи. Основными признаками
принадлежности средства измерений к ИВК являются: наличие процесса или
компьютера; программное управление средствами измерений; наличие
нормированных метрологических характеристик; блочно-модульная структура,
состоящая из технической (аппаратной) и программной (алгоритмической)
подсистем.
Техническая подсистема должна содержать СИ электрических величин
(измерительные компоненты), средства вычислительной техники
(вычислительные компоненты), меры текущего времени и интервалов времени,
средства ввода-вывода цифровых и аналоговых сигналов с нормированными
метрологическими характеристиками.
В программную подсистему ИВК входят системное и общее прикладное
программное обеспечение (ПО), в совокупности образующие математическое
обеспечение ИВК. Системное ПО представляет собой совокупность
программного обеспечения компьютера, используемого в ИВК, и
дополнительных программных средств, позволяющих работать в диалоговом
режиме; управлять измерительными компонентами; обмениваться
информацией внутри подсистем комплекса; проводить диагностику
технического состояния. Программное обеспечение представляет собой
взаимодополняющую, взаимодействующую совокупность подпрограмм,
реализующих:
- типовые алгоритмы эффективного представления и обработки
измерительной информации, планирования эксперимента и других
измерительных процедур;
- архивирование данных измерений;
- метрологические функции ИВК (аттестация, поверка,
экспериментальное определение метрологических характеристик и
т.п.).
Большое значение имеет эффективное и наглядное построение экранных
форм и управляющих элементов, называемых интерфейсом пользователя,
обеспечивающих взаимодействие оператора с компьютером.__
Измерительно-вычислительные комплексы предназначены для
выполнения таких функций, как:
- осуществление прямых, косвенных, совместных или совокупных
измерений физических величин;
- управление процессом измерений и воздействием на объект
измерений;
- представление оператору результатов измерений в требуемом виде.
Для реализации этих функций ИВК должен обеспечивать:
- восприятие, преобразование и обработку электрических сигналов от
первичных измерительных преобразователей;
- управление средствами измерений и другими техническими
компонентами, входящими в состав ИВК;
- выработку нормированных сигналов, являющихся входными для
средств воздействия на объект;
- оценку метрологических характеристик и представление
результатов измерений в установленной форме.
По назначению ИВК делятся на типовые, проблемные и
специализированные. Типовые комплексы предназначены для решения
широкого круга типовых задач автоматизации измерений, испытаний или
исследований независимо от области применения. Проблемные комплексы
разрабатываются для решения специфичной для конкретной области
применения задачи автоматизации измерений. Специализированные ИВК
предназначены для решения уникальных задач автоматизации измерений, для
которых разработка типовых и специализированных комплексов экономически
нецелесообразна.
Основными составными частями комплекса являются:
- компьютер с периферийными устройствами, подключенными к
нему, в том числе и посредством компьютерной сети;
- программное обеспечение, представляющее собой совокупность
взаимосвязанных программ, написанных на алгоритмических
языках разного уровня;
- интерфейс, организующий связь технических устройств ИВК с
компьютером;
- испытательных сигналов, которыми воздействуют на объект
измерения с целью получения измерительных сигналов. Каждый
такой сигнал вырабатывается с помощью последовательно
соединенных ЦАПi и преобразователя “напряжение –
испытательный сигнал» (ПНИСi);
- измерительные каналы (ИК), предназначенные для преобразования
в цифровой код заданного числа сигналов Структура ИК существенно зависит от решаемой
задачи. Однако практически в любом случае каждый из них
содержит аналоговый измерительный (АИП) и аналого-цифровой
(АЦП) преобразователи. При обработке нескольких измерительных
сигналов одним АЦП в состав комплекса включается коммутатор,
предназначенный для поочередного подключения сигналов к входу
АЦП. Коммутатор может включаться как после АИП, так и перед
ним.
АИП предназначен для преобразования измерительного сигнала в
сигнал, однородный с входным сигналом АЦП (т.е. в напряжение), и
масштабирования (усиления или ослабления) его до уровня, необходимого для
проведения операции аналого-цифрового преобразования с минимальной
погрешностью. При наличии нескольких измерительных сигналов АИП
состоит из К независимых последовательно соединительных первичных
преобразователей и управляемых компьютером масштабируемых усилителей.
Если же измерительные сигналы являются однородными физическими
величинами и могут быть поочередно выбраны (с коммутированы), то в ИК
целесообразно использовать только один АИП. Он последовательно во времени
проводит преобразование измерительного сигнала и последующее его
масштабирование. АИП преобразует сигнал в цифровой код и передает его
через интерфейс в компьютер. Работой всей аппаратной части ИВК управляет
компьютер. Это осуществляется посредством:
- подачи управляющих сигналов различного рода;
- считывания и передачи по требуемым адресам цифровой
информации