При аналоговых измерениях измерительный прибор производит непрерывное преобразование измеряемой величины, ре¬зультатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключение о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы измерительного прибора. Наиболее известная и простая оценка этой погрешности - ее максимальное возможное значение в виде половины цены де¬ления шкалы.
При цифровых измерениях сравнение физической величины с рядом эталонных значений производится в измерительном приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме. Естественно, что здесь все зависит от точности сравне¬ния в измерительном приборе и, к тому же, исключаются субъективные ошибки оператора. Современные цифровые приборы, как правило обеспечивают более высокую точность, чем аналоговые. Роль оператора упрощается, так как он лишь считывает число.
Широкое применение цифровых СИ, возможность комплексного использования их в системах средств вычислительной техники позволяет существенно уменьшить значения указанных погрешностей путем создания автоматизированных систем измерения и обработки измерительной информации. Применение автоматизированных СИ обеспечивает получение заданной точности измерений и высокой производительности. Такой метод повышения точности измерений называется автоматизацией измерительных процедур.
Под термином «автоматизация» понимается совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения без непосредственного участия человека.
Автоматизация измерений не принижает роль исследователя, инженера или техника, планирующих и использующих результаты измерений. Наоборот, она повышает производительность их труда, требует от них более высокого уровня знаний не только СИ, но и тех задач, которые решаются при приеме и обработке измерительной информации, умения заложить оптимальную программу изме¬рений и дать правильное толкование результатов измерений.
Автоматизация позволяет обеспечить:
сбор измерительной информации в местах, недоступных для человека;
длительные, многократные измерения;
одновременное измерение большого чила величин;
измерение параметров быстропротекающих процессов;
измерения, характеризующиеся большими массивами информации и сложными алгоритмами ее обработки.
Автоматизация измерительных процессов является одним из основных направлений научно-технического прогресса и, если говорить о ее целях вообще, то они не исчерпываются одним повышением точности измерений, а на самом деле довольно значительны и глубоки по своему содержанию. Эти цели наглядно представлены в расположенной далее таблице.
В различных измерительных системах для повышения точности измерений как электрических, так и неэлектрических величин применяются определенные методы. Одним из них является метод использования тестовых сигналов.
Суть его состоит в определении параметров статической функции преобразования (СФП) с помощью дополнительных преобразований тестов, каждый из которых функционально связан с измеряемой величиной. Тестовые методы позволяют повышать точность измерений за счет уменьшения систематических и так называемых квазисистематических погрешностей (квази в переводе означает мнимый, почти).
На базе тестовых методов повышения точности измерений разработаны первичные преобразователи широкого класса, служащие для измерений различных неэлектрических величин, промежуточные преобразователи аналоговых величин в цифровой код, многофункциональные ансамблевые преобразователи информации, тестовые системы централизованного контроля технологических параметров в АСУТП.
Пример реализации данного метода подробно изложен в приложении Б рекомендаций РМГ 64-2003.
Другим методом повышения точности измерений в измерительных системах служит метод использования информационной избыточности. Под информационной избыточностью понимают такое состояние измерительной информации, получаемой в процессе управления, при котором ее объем формально превышает количество информации, необходимое для суждения о состоянии управ¬ляемой системы. Информационная избыточность бывает структурной и функциональной.
Под структурной информационной избыточностью принято понимать включение в измерительную систему дополнительных СИ, измеряющих одну и ту же физическую величину. Сущность рассматриваемого метода легко выявляется, если для простоты принять, что выполнены два измерения одной и той же величины двумя однотипными СИ, причем в погрешности измерений доминирует систематическая составляющая, для которой установлены допускаемые граничные значения.
Пусть результаты измерений оказались равными x1 и x2, а неизвестные погрешности равны соответственно Δ1 и Δ2. Тогда для среднего из двух результатов изме¬рений можно записать:
где x - истинное значение физической величины. Отсюда видно, что в зависимости от абсолютной величины и знака погрешностей Δ1 и Δ2 средний результат может характеризоваться значительно меньшей погрешностью, чем каждый из результатов x1 и x2 .
Этот вывод справедлив, если погрешности всей совокупности СИ данного типа можно рассматривать как случайные величины с тем или иным распределением плотностей вероятностей (например, с равномерным распределением). Метод структурной избыточности широко применяется в промышленности.
