Цифровые измерительные приборы

Цифровыми измерительными приборами называются приборы, которые в процессе измерения осуществляют автоматическое преобразование непрерывной измеряемой величины в дискретную с последующей индикацией результата измерений на цифровом отсчетном устройстве или регистрацией его при помощи цифропечатающего устройства. Функциональная схема цифрового прибора приведена на рисунке 12.

Аналоговая величина Х сначала преобразуется входным аналоговым преобразователем (ВАП) к виду, удобному для последующего преобразования. Затем при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП) производится её дискретизация и кодирование. Наконец, циф­ровое измерительное устройство (ЦИУ) превращает кодированную информацию об измеряемой величине в цифровой отсчет, удобный для считывания оператором.

Основой всякого цифрового прибора служит аналого-цифровой преобразователь, который осуществляет дискретизацию, квантование и кодирование информации. Дискретизация есть процесс получения отсчетов измеряемой величины в определенные дискретные моменты времени. Процесс квантования заключается в замене непрерывных значений величины x(t) конечным набором ее дискретных значений x_n. Каждое из этих значений совпадает с одним из установленных уровней квантования, отстоящих друг от друга на интервал (шаг) квантования.

Кодированием называется процесс представления численного значения определенной последовательностью цифр или сигналов, т.е. кодом. Для преобразования цифрового кода в напряжение, воздействующее на цифровое измерительное устройство и информирующее показания цифрового измерительного прибора, используется устройство, называемое дешифратором.

В последние годы все большее распространение находят цифровые электроизмерительные приборы. Эти приборы измеряют значения непрерывно изменяю­щейся величины в отдельные (дискретные) моменты времени и представляют полученный результат в циф­ровой форме.

Представление непрерывно изменяющейся физиче­ской величины в виде последовательности ее дискрет­ных значений, отличающихся друг от друга на неболь­шую долю, называется квантованием измеряе­мой величины по уровню и по времени. Обычно интервал времени между соседними измере­ниями выбирают таким, чтобы отклонение изменяю­щейся величины от фиксированного измеренного зна­чения не превышало заданной погрешности измерения.

Основное достоинство цифровых приборов заклю­чается в том, что результат измерения может подвер­гаться дальнейшим физическим и математическим преобразованиям без увеличения погрешности, так как цифровое значение величины может быть с любой сте­пенью точности представлено последовательностью сигналов (например, импульсов), каждый из которых может иметь существенные искажения.

Основными элементами цифровых электроизмери­тельных приборов являются триггеры, логические схемы, бесконтактные ключи и цифровые указатели.

Триггеры представляют собой электронные схемы с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых со­ответствует цифре 0, другое – цифре 1. Из этих двух цифр в двоичной системе счисления можно построить любое число. Логические схемы позволяют перевести эти числа в десятичную систему и отобразить на цифровых индикаторах в привычной форме.

В качестве цифровых индикаторов широкое применение находят электронные лампы с фигурными электродами, имеющими форму цифр от 0 до 9.

В настоящее время промышленностью выпускаются главным образом цифровые вольтметры. Разработаны и находят применение также цифровые амперметры, омметры, частотомеры, фазометры и другие приборы.

Применение цифровых приборов с дискретным отсчетом позволило создать многоканальные автоматиче­ские устройства для централизованного контроля многих параметров, характеризующих сложные техноло­гические процессы. Измерение параметров производится поочередно с заданной дискретностью по времени.

Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокую точность (погрешность от 0,1 до 1%), боль­шое быстродействие, широкие пределы измерений, легко комплектуются с цифровыми вычислительными машинами, позволяют передавать результаты без искажения на неограниченные расстояния.

К недостаткам этих приборов следует отнести их сравнительную сложность и высокую стоимость.