Параметри вимірювальних сигналів

Увага дослідника, інженера може бути спрямована на всі об`єкти матеріального світу. Мірою їх пізнання є інформація про притаманні цим об`єктам властивості, в першу чергу, про їх кількісні характеристики, які одержують шляхом вимірювання.

 При цьому, як правило, цікавляться далеко не усіма властивостями об`єкта та їх умовними числовими відображеннями, так званими параметрами, а тільки тими,що потрібні для виконання певних, потрібних функцій.Тому й замінюють при дослідженнях, пов`язаних із вимірюванням, реальний об`єкт матеріального світу, який може характеризуватися безліччю властивостей з притаманними їм числовими значеннями параметрів, спрощеною моделлю, що відображує лише один, цікавий при даному дослідженні параметр,так званий інформативний.

Наприклад, резистор використовують, як правило, для обмеження сили електричного струму чи перетворення його в падіння напруги. При цьому цікава лише одна його властивість – створювати опір проходженню електричного струму, яку вимірюють та відображують числовими значеннями (наприклад, R=100 Oм ). На електричних схемах подається ця спрощена модель у вигляді прямокутника.

Але ж рельний резистор – це досить складний об`єкт матеріального світу, який може мати безліч різноманітних характеристик, параметрів, названих при створенні вищезазначеної моделі неінформативними. Наприклад, його геометричні розміри, форма, маса, колір і т. ін.

Таке спрощення, заміна реальних об`єктів моделями, характерне для всіх галузей науки, найпростішою з яких, між іншим, є математика, що оперує не нескінченно складними об`єктами матеріального світу, а найпростішими, “ідеальними”, неіснуючими в природі поняттями, моделями, символами.

Грамотний вибір моделі об`єкта пришвидчує досягнення практичних результатів. Але для цього необхідні глибокі знання та досвід експериментатора, який при створенні моделі повинен зважити та передбачити, якими властивостями об`єкта можна знехтувати, а які обов`язково врахувати, бо вони матимуть істотний вплив на досліджувані процеси.

Наприклад, той же згадуваний раніше резистор при застосуванні його в мережі постійного струму добре моделюється схемою Рис.7. а . Але для змінного струму, особливо на високих частотах, така найпростіша модель неадекватно відображує властивість резистора впливати на струм. Адже при цьому треба враховувати не тільки активний опір резистора R, а ще й індуктивність L та ємність С, які залежать від конструкції резистора, його геометричних розмірів, матеріалів, з яких він виготовлений і т. ін. Найбільше проявляються вони у резисторів, виготовлених у вигляді котушки з високоомного дроту                (манганінового, ніхромового, константанового і т.п. ).

 Індуктивність має будь-яка котушка, а ємність складається з ємності близько розташованих один від одного витків дроту.

   Рис.7. Моделі резистора : а) для постійного струму; б) для струмів високих частот; в) для струмів надвисоких частот

Модель такого резистора для струмів високої частоти подана на Рис.7. б; причому параметри R,  L та С залежать від частоти.

 Якщо ж резистор застосовують на надвисоких частотах, наприклад, у деяких блоках радіолокаторів, конверторів, особливо супутникового телебачення, де частоти вимірюють у гігагерцах, а довжину хвилі – в сантиметрах, його розглядають як лінію з розподіленими параметрами ( Рис, 7. в.).

Принципово, можливо було б створювати й універсальні моделі об`єктів,так звані метамоделі, але для більшості випадків практики навряд це виявиться доцільним, оскільки набагато ускладнить вимірювання та розрахунки всіх її параметрів.

Більшість сучасних засобів вимірювальної техніки високоселективні, і вимірюють лише один параметр, будучи нечутливими до невимірюваних параметрів об`єкта дослідження. Деякі ЗВТ дають інформацію про два параметри досліджуваного об`єкта. Наприклад, мости змінного струму – про активну та реактивну провідність, добротність котушки, ємність та тангенс кута втрат конденсатора. Ці ЗВТ подають інформацію про об`єкт відповідно своєї, нехай спрощеної, вимірювальної,або ж метрологічної моделі, на відміну від розглянутої раніше математичної моделі.

Деякі мости змінного струму подають інформацію у вигляді активної та реактивної провідностей, з`єднаних паралельно, інші – як активний та реактивний опір, включені послідовно. У цих випадках властивості ЗВТ диктують структуру застосовуваної моделі. З`явились ЗВТ (наприклад, мости для біологічних досліджень), що подають одразу три параметри досліджуваного об`єкту.

 Найновіші вимірювально-обчислювальні комплекси вимірюють багато параметрів об`єкта та видають, провівши необхідні обчислення, відразу, якщо потрібно, комплексний параметр, що характеризує стан об`єкта.

               Запитання для самоперевірки