Понятие о цифровых измерительных приборах

В современной измерительной технике все большее распространение получают цифровые измерительные приборы, в которых результат измерения выдается на световом табло в виде числа (рис. 2-39). Эти приборы удобны в обращении и позволяют быстро и точно производить измерения. Существующие цифровые измерительные приборы, как правило, универсальны. Они позволяют измерять постоянные и переменные напряжение и ток, сопротивление, емкость, индуктивность, добротность, частоту, сдвиг фаз, временные интервалы. Результаты измерений цифровых приборов

Рис. 2-39

удобно регистрировать с помощью цифропечатающего устройства, а благодаря их быстродействию (до измерений в секунду) результаты измерений можно вводить в вычислительную машину или другие автоматические системы.

К недостаткам цифровых измерительных приборов следует отнести их сложность, высокую стоимость, большие габариты и массу. Однако будущее за этими приборами: использование схем на тонкопленочных резисторах,усилителей на интегральных схемах, применение сменных унифицированных блоков и т. д. позволят значительно уменьшить массу и габариты прибора, повысить точность и расширить пределы измерения.

Принцип работы цифровых измерительных приборов состоит в том, что они преобразуют непрерывную измеряемую величину в дискретный сигнал (в числовой код), а затем отсчетное устройство (устройство индикации) воспроизводит значение измеряемой величины в цифровой форме.

Существует несколько методов преобразования непрерывной величины в дискретную, из которых наибольшее распространение получил метод число-импульсного кодирования. Этим методом измеряемая величина преобразуется в пропорциональное ей число импульсов, которое подсчитывается цифровым электронным счетчиком. Электронные счетчики счет импульсов ведут, как правило, в двоичной системе счисления. В этой системе, как известно, можно записать любое число комбинацией двух цифр: 0 и 1. Применение двоичной системы счисления в цифровых приборах обусловлено тем, что для записи чисел в ней нужны элементы, имеющие всего два устойчивых состояния (например, включено — выключено), которые можно принять из цифры 0 и 1.

В цифровых измерительных приборах результат измерения, полученный в двоичной системе счисления, с помощью специального

Рис. 2-40

Рис. 2-41

устройства—дешифратора — переводится в десятичную систему, а затем выдается на световое табло.

В качестве примера рассмотрим несколько подробнее принцип работы цифрового вольтметра с число-импульсным кодированием. Структурная схема цифрового вольтметра, в котором измеряемая величина преобразуется во временной интервал (время-импульсное кодирование), изображена на рисунке 2-40, а временные диаграммы, поясняющие его работу, — на рисунке 2-41.

Измеряемое постоянное напряжение (или преобразованное с помощью преобразователя переменное через соответствующий делитель подается на сравнивающее устройство СУ. В некоторой момент времени управляющее устройство УУ посылает команду «Запуск» в виде короткого импульса, которым запускает генератор линейного пилообразного напряжения ГЛИН. Линейно нарастающее напряжение ил вместе с измеряемым напряжением поступает на сравнивающее устройство СУ. Последнее своим прямоугольным импульсом совместно с запускающим импульсом управляющего устройства УУ открывает электронный ключ К. Начиная с этого момента времени импульсы образцовой частоты (например, 1 МГц) от генератора ГОЧ начинают проходить через ключ К. в счетчик импульсов СЧ, который также открыт запускающим импульсом управляющего устройства УУ.

В момент когда пилообразное напряжение окажется равным измеряемому сравнивающее устройство СУ подает сигнал (конец прямоугольного импульса) на закрытие электронного ключа Счет импульсов счетчиком СЧ прекратится. При этом число импульсов образцовой частоты поступивших в счетчик СЧ за время пока электронный ключ К был открыт, оказывается

пропорциональным измеряемому напряжению

где скорость изменения пилообразного напряжения .

Полученный счетчиком СЧ результат после преобразования в десятичную систему счисления поступит далее на отсчетное устройство ОУ.

Рассмотренные здесь показания цифрового вольтметра цикличны, они повторяются с периодом следования импульсов от управляющего устройства УУ. Для сброса результата счета счетчика СЧ управляющее устройство УУ перед каждым импульсом «Запуск» посылает импульс «Сброс», который и устанавливает счетчик СЧ в нулевое положение.

Погрешность цифровых вольтметров с время-импульсным преобразованием определяется линейностью напряжения ил и стабильностью частоты Обычно она не превышает 0,1%, но есть и более точные приборы