Физические основы получения информации

Физические основы получения информации.

 

1. Общие вопросы получения информации. Измерение физических величин

Невозможно представить себе деятельность человека без использования того, что подразумевается под терминами информация и измерения. Под информацией понимается получение сведений, сообщений, данных об окружающем мире, протекающих в нем процессах, которые могут быть восприняты как  человеком (homo sapiens), биологическими субъектами, т.е различными живыми организмами так и техническими системами. Остановившись на информации для мыслящего объекта можно отметить, что она может быть разделена на общественно-политическую, социально-экономическую, научно-техническую и прочую. Нас больше всего интересует научно-техническая информация о которой мы и будем говорить в нашем курсе. Информация может быть получена самыми различными способами на основе различных явлений. Физические законы устанавливают связь между явлениями и параметрами окружающей среды или объекта. С точки зрения технической информации, ее получение по сути в основном связано с измерениями. Как говорил Макс Планк «В физике существует только то, что можно измерить».

История измерения уходит в необозримую даль. За многие тысячелетия до нашей эры люди проводили различные астрономические, геометрические и другие измерения.

Измерения реализуют сбор или получение информации об объекте измерения, посредством какой либо измеряемой величиной.

Т.е. результат измерения может описать состояние или явление окружающего мира. Корректная оценка состояния какого-либо объекта возможна только при объективном измерении.

Измерения должны быть независимы от наших чувств, (горячая – холодная вода), т.е измерения должны осуществляться определенными приборами, средствами, системами с выдачей информации в соответствующей форме (объективной, например цифровой).

На протяжении многих лет измеряемая величина рассматривалась как свойство объектов, процессов материального мира, т.е. представлялась как физическая величина.

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса) общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуально для каждого из них.

Измерение физической величины – совокупность операций, выполняемых с помощью технических средств, хранящих единицу величины, позволяющих сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить искомое значение измеряемой величины. Полученное значение будет результатом измерения.

В одном из толковых технических словарей термин «Измерение» определяется как основной познавательный процесс науки и техники, посредством которого неизвестная величина количественно сравнивается с другой однородной с нею и считаемой известной.

Физические величины весьма разнородны: масса, давление, расстояние и т.д.

Не все физические семейства объектов являются физическими величинами (цвет, запах) Численным представлением результатов сравнения в измерении является единица измерения физической величины.

 

Средства измерения. Методы измерения, виды, классификация.

 

Средства измерения определяются как технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Средства измерения делятся на группы (в зависимости от характера участия в процессе измерения): меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки, измерительные системы

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера. Могут быть однозначные, многозначные и наборы мер ( гири, катушки, сопротивления, емкости; многозначные ~С, ~R, ~L).

Измерительные преобразователи – средства измерения, предназначенные для выработки сигнала измеряемой информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки, хранения. Он преобразует одну физическую величину в другую, входную в выходную. Они являются основой для построения сложных измерительных устройств, приборов, систем и т.д.

Измерительные преобразователи могут преобразовывать одну физическую величину в другую – неэлектрическую величину в электрическую, электрическую одной форму в другую: переменную в постоянную, постоянную в цифровую и т.д.

Иногда Измерительные преобразователи называют датчиком. Но это не так – датчик – это совокупность измерительных преобразователей

Например цифровой термометр- (Рис.1.)

 

Измерительный прибор – средство измерения предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме доступной для последующего восприятия оператором. Они могут быть аналоговые и цифровые, показывающие, регулирующие, регистрирующие, сигнализирующие.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерения, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия оператором и расположенная в одном месте. Может реализовывать функции меры, измерительного прибора, измерительного преобразователя.

Более сложными средствами измерения являются информационно измерительная система. Информационно измерительная система – совокупность технических средств, выполненная в блочном виде, объединенная общим алгоритмом функционирования, обладающая нормированными метрологическими характеристиками и предназначенная для получения измерительной информации непосредственно от объекта, ее преобразования, передачи, хранения, обработки и выдачи в виде удобной для восприятия оператором или ввода в САУ.

Измерения в зависимости от их вида разделяются на четыре класса: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямое – измерение, при котором искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных (измерения сопротивления – омметром, напряжения – вольтметром, давления – манометром).

Косвенное – измерение, при котором искомое значение величины находя на основание известной зависимости между этой величиной и величинами подвергаемыми прямым измерениям. Искомая величина определяется по формуле

                                                  (3)

Х – искомая величина

аi – непосредственно измеряемые величины.

Например:

   P=UI

где:

Р мощность тока,U-напряжение, I -ток

Совокупные измерения – это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение величин находят путем решения систем уравнений , полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (нахождение сопротивлений двух резисторов по результатам измерения сопротивлений последовательного и параллельного их соединения)

Совместные измерения производятся одновременно над двумя или несколькими не одноименными величинами для нахождения зависимости между ними. Например: прямые измерения значений сопротивлений терморезистора при двух различных температурах дают возможность подсчитать значения двух коэффициентов, в уравнении определяющем зависимость сопротивления этого терморезистора от температуры

        (4)

 

Существуют различные методы измерения

Метод измерения определяется совокупностью приемов использования принципов и средств измерения. Метод измерения подразделяется на метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Метод непосредственной оценки характеризуется тем, что отсчет значения измеряемой величины производится непосредственно по отсчетному устройству измеряемого прибора.

Метод сравнения предполагает проводить операцию сравнения измеряемой величины с мерой в каждом измерении (например, измерение с использованием гирь). Сравнение производят различными способами: нулевой, дифференциальный, замещения, совпадения.

Нулевой метод – результирующий эффект воздействия измеряемой величины и известной величины на прибор сравнения доводят до нуля (например, измерение активного сопротивления мостом постоянного тока путем его полного уравновешивания).

Дифференциальный метод – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. В отличие от нулевого метода, здесь разность полностью не уравновешивается.

Метод замещения – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной воспроизводимой мерой. Например, это метод измерения емкости С включенного в колебательный контур. Изменяя частоту f напряжения достигают резонанса контура, затем включается вместо СХ известная С0~U изменяя его величину при той же fр определяют СХ÷ С0~

Рис. 2

U=Umax при fрез и СХ =С0~

Метод совпадения – это метод сравнения с мерой в котором разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (измерение длины штангенциркулем, микрометром, измерение частоты вращения объекта стробоскопическим тахометром).

Таким образом нами рассмотрены понятия основ получения информации, единицах ее измерения, средствах и способах получения информации.