Главный pедактоp — д-р техн. наук, п|)офессор В. Ю. Кнеллеp
УДК 681.518
О ПРЕОБРАЗОВАНИИ ВЕЛИЧИН
В. Г. Кнорринг
Несколько комментариев к статье [1], касающихся фундаментальной теории физических величин. Ключевые слова: целенаправленные процессы, преобразование величин, методы преобразования, систематизация.
ЖУРНАЛ В ЖУРНАЛЕ
Измерения Контроль
Автоматизация: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ
В наш "век конкретики" не слишком часто появляются работы такого размаха, как статья В. Ю. Кнеллера и А. М. Фаянса [1]. Она поневоле привлекает к себе внимание. Но при широком подходе к рассматриваемой области всегда есть опасность пренебречь деталями, которые могут иметь фундаментальное значение. В этом случае построенное обширное здание окажется лишенным фундамента и станет похожим на воздушный замок. Поэтому представляется целесообразным вглядеться как бы под микроскопом в некоторые исходные положения статьи [1].
Первое, что хочется отметить, — это утверждение авторов статьи о "нетрадиционности" рассмотрения преобразования величин как особого самостоятельного информационного процесса. Обсудим в связи с этим ряд фактов, относящихся к истории введения и использования понятия преобразования величин.
По-видимому, ключевой датой является 1948 г., когда вышла из печати книга А. А. Харкевича [2]. В ее заголовке появилось общее слово "преобразователи" вместо конкретных "электроакустических аппаратов", фигурировавших в довоенной книге того же автора [3]. Правда, А. А. Харкевич рассматривал преобразователи с энергетических позиций.
В том же 1948 г. была опубликована книга Ф. Е. Темникова и Р. Р. Харченко [4], на первых же страницах которой было дано следующее определение (курсив — авторов книги): "Техническое измерение есть преобразование измеряемой величины в целях: удобной ее оценки, сигнализации предельных значений, документации, математической обработки, передачи на расстояние и автоматического регулирования".
По современным представлениям это определение выходит за рамки собственно измерения, так как сигнализация предельных значений и аналоговое регулирование не требуют нахождения значения величины, а это нахождение считается обязательным для измерения. Таким образом, авторы книги [4] по существу рассматривали преобразование величины именно как самостоятельный информационный процесс.
Заметим, кстати, что во всей книге [4] для обозначения "электрического чувствительного органа" систематически использовался термин датчик, который в то время многими воспринимался как неприемлемый.
Активно защищал тезис об измерении как преобразовании величин молодой П. В. Новицкий, однако впоследствии он пришел к пониманию того, что процесс измерения, наряду с преоб-
разованием величины, включает сравнение величины с ее шкалой. Эта последняя трактовка тоже выделяет преобразование как самостоятельный (по отношению к сравнению) информационный процесс.
Еще одной знаменательной публикацией того же 1948 г. была статья М. Л. Цуккермана [5]. Автор этой работы, в связи с высказанной ранее мыслью о том, что всякое электрическое измерение есть измерение на расстоянии, старался найти признак, выделяющий именно электрическую телепередачу измерений (он отличал ее от телеизмерения, что для нас сейчас несущественно). По этому поводу он писал: "...было предложено положить в основу определения тот факт, что измеряемая величина преобразуется в другую, более удобную для передачи по линиям связи на нужное расстояние".
Для этой другой величины он предложил термин трансактор (не привившийся), а к слову преобразуется дал примечание: "Здесь и далее мы говорим "измеряемая величина преобразуется", а не "энергия измеряемой величины преобразуется". Это удобнее, а в некоторых случаях, когда привлекается вспомогательная энергия — правильнее". Отметим здесь робкий, но вполне определенный отход от чисто энергетического понимания преобразования. О "правильности" будет нами сказано ниже.
Конечно, не случайно, что понятие преобразования величин появилось вначале в электроакустике, в технике измерений неэлектрических величин и в телеметрии. Однако и классическая электроизмерительная техника не осталась в стороне.
Уже в 1949 г. в статье [6] В. О. Арутюнов писал: "В каждом электроизмерительном приборе электромеханической группы следует различать две основные части: измерительный механизм и измерительную схему".
И далее: "Измерительная схема представляет собой совокупность сопротивлений, индуктив-ностей, емкостей и других элементов электрической цепи измерительного прибора и имеет своей основной задачей преобразовать измеряемую величину X в некоторую новую — промежуточную величину У, непосредственно воздействующую на измерительный механизм".
Может быть, не стоило бы выделять В. О. Арутюнова из среды авторов, употреблявших термин преобразование величины, но он оказался одним из немногих, ощутивших (как и М. Л. Цуккерман) некоторую некорректность этого термина. В бо-
лее поздней публикации [7] он счел необходимым пояснить: "Здесь под термином "преобразование" мы понимаем создание таких условий, при которых между промежуточной величиной У и измеряемой величиной X возникает определенная функциональная связь".
К сожалению, в последующие годы укоренилась привычка воспринимать преобразование величин как самоочевидный термин, не требующий даже такого уточнения, какое дал В. О. Арутюнов.
Л. А. Островский, следуя А. А. Харкевичу, положил понятие обратимого преобразователя в основу своей "общей теории электроизмерительных устройств" [8], причем применил чисто энергетический подход, посвятив даже отдельную главу книги условиям получения от преобразователя максимальной мощности. Дефиниций у него нет, сказано только, что в преобразователях "осуществляются определенные процессы преобразования измеряемых величин различной физической природы в другие величины...". И далее: "...каждый преобразователь выполняет совершенно определенные функции, большинство из которых связано с преобразованиями энергии из одной формы в другую" [8, с. 15].
Снова обратившись к опыту П. В. Новицкого, видим: он тоже вначале выдвигал требование получения от преобразователя максимальной мощности, но затем обнаружил, что это требование может входить в противоречие с требованием обеспечения минимальной погрешности всего информационного канала.
А. М. Туричин, попытавшийся перестроить традиционный общий курс электрических измерений на основе единой идеи преобразования величин [9], совсем не дал ни определений, ни даже пояснений, касающихся этой идеи. По-видимому, ему казалось, что никаких пояснений не нужно.
Естественно, что авторы, опиравшиеся на идею преобразования величин, должны были, с одной стороны, уделять пристальное внимание физическим принципам преобразования, и, с другой стороны, обязательно применять структурный подход к классификации и описанию измерительных устройств в целом. У одних авторов (например, у А. М. Туричина) структуры рассмотрены сжато, у других (как у Л. А. Островского) весьма подробно.
П. П. Орнатский в своей капитальной книге [10], выдержавшей пять изданий, систематически и, можно сказать, настойчиво провел структурно-алгоритмический подход к организации всего
60
Эепвогв & Эувгетв • № 4.2013
шж
обширного материала. При этом выявились и недостатки этого подхода: в разные классификационные группы попали устройства, во многих отношениях близкие между собой, и, наоборот, в одной группе оказались весьма различные устройства.
Итак, мы видим, что уже в пятидесятые годы прошлого века сложилась (и продолжалась все последующее время) традиция объяснять процессы, происходящие в аналоговых частях информационных каналов, с помощью понятия преобразования величин, зачастую не определяя самого соответствующего термина и тем более пренебрегая его некорректностью, о которой говорилось выше. В связи с этим, нетрадиционность подхода, предлагаемого авторами статьи [1], по-видимому, следует искать, прежде всего, в сформулированном ими определении.
Это определение — второе, что хочется рассмотреть как бы под микроскопом. Приведем его полностью по тексту работы [1]:
"Под процессом преобразования величины х в величину у понимается физически реализованный процесс, обеспечивающий жесткую однонаправленную причинную зависимость у от х, при которой значения этих величин (X и У) связаны взаимно однозначным соответствием желаемого вида У = /(X)".
Ключевые понятия, положенные в основу этого определения: процесс, однонаправленность, причинная зависимость, взаимно однозначное соответствие.
Рассмотрим, однако, простейший пример: "преобразование тока в напряжение" при помощи шунта. Электрическое состояние шунта характеризуется напряжением на нем и током, протекающим в нем.
Имеет ли здесь место процесс, т. е. некая последовательность? Нет, напряжение и ток могут быть измерены одновременно и в одной пространственной области. Возможно, в более сложных случаях действительно осуществляются процессы преобразования, но ведь определение должно распространяться на все ситуации.
Имеет ли место однонаправленность? Нет, выходная сторона преобразователя — шунта — воздействует на входную (такие воздействия специально изучаются в теории обратимых преобразователей).
Имеет ли место причинная зависимость одной величины от другой? Это — наиболее принципиальный вопрос. Дело в том, что физические вели-
чины вообще не могут рассматриваться как причины и следствия, они не могут ни действовать, ни подвергаться действиям: мы покупаем в магазине хлеб, а не его вес, подключаем к милливольтметру шунт, а не его сопротивление. Величины только характеризуют, описывают реальные объекты (см., например, [11, с. 155]).
В обыденной речи, конечно, допускаются такие некорректные обороты как "подача напряжения на вход усилителя", — строгие формулировки были бы слишком громоздкими. Таким же некорректным, но терпимым в обиходе выражением является "преобразование величин". Кроме того, нужно учитывать такое явление как категориальная неоднозначность терминов — например, термин ток означает одновременно и физический процесс направленного д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.