Цифрови измервателни устройства: предимства и недостатъци, принцип на работа
Цифровото измерване е един от най -революционните начини за измерване различни физични величини през цялата история на човечеството. Можем да кажем, че като цяло от появата на цифровите технологии значението на този тип устройства до голяма степен е определило бъдещето на цялото ни съществуване.
Всички измервателни уреди са разделени на аналогови и цифрови.
Цифровите измервателни уреди имат висока скорост на реакция и висок клас на точност. Те се използват за измерване на широк диапазон от електрически и неелектрически величини.
За разлика от цифровите аналогови устройства, те не съхраняват измерени данни и не са съвместими с цифрови микропроцесорни устройства. Поради тази причина е необходимо да се записва всяко измерване, направено с него, което може да бъде досадно и отнема много време.
Основният недостатък на цифровите измервателни уреди е, че те се нуждаят от външен източник на захранване или зареждане на батерията след определено време. Също така точността, скоростта и ефективността на цифровите устройства ги правят по -скъпи от аналоговите.
Цифрови измервателни устройства — устройства, при които измерената входна аналогова стойност X автоматично се сравнява емпирично с дискретни стойности на известната (примерна) стойност N и резултатите от измерването са дадени в цифров вид (Как се различават аналоговите, дискретните и цифровите сигнали).
Блокова схема на цифров волтметър
При извършване на сравнителни операции в цифрови измервателни уреди нивото и времето на стойностите на непрекъснатите измерени величини се квантуват. Резултатът от измерването (числов еквивалент на измерената стойност) се формира след извършване на операции за цифрово кодиране и се представя в избран код (десетичен за показване или двоичен за по -нататъшна обработка).
Цифров светломер
Сравнителните операции в цифровите измервателни устройства се извършват от специални устройства за сравнение. Обикновено крайният резултат от измерването в такива устройства се получава след съхранение и известна обработка на резултатите от отделни операции за сравняване на аналоговата стойност X с различни дискретни стойности на примерната стойност N (сравнение на известните фракции на X с N със същата стойност също може да се направи).
Численият еквивалент на X се представя на измервателното устройство посредством изходни устройства във форма, удобна за възприемане (цифрова индикация), и, ако е необходимо, във форма, удобна за въвеждане в електронен компютър (компютър) или в автоматично управление система (цифрови контролери, програмируеми логически контролери, интелигентни релета, честотни преобразуватели). Във втория случай устройствата най -често се наричат цифрови сензори.
Цифров нономер
В общия случай цифровите измервателни устройства съдържат аналогово-цифрови преобразуватели, единица за генериране на референтна стойност N или набор от предварително дефинирани стойности на N, сравнителни устройства, логически устройства и изходни устройства.
Автоматичните цифрови измервателни устройства трябва да имат устройство, което контролира работата на своите функционални единици.В допълнение към необходимите функционални блокове, устройството може да съдържа допълнителни, например, преобразуватели на непрекъснати стойности X към междинни непрекъснати стойности.
Такива преобразуватели се използват в измервателни уреди в случаите, когато междинното съединение X може да бъде по -лесно измерено от оригиналното. Преобразуването на X в електрически величини често се прибягва при измерване на различни неелектрични величини, от своя страна електрическите често се представят с еквивалентни интервали от време и т.н.
Вижте също:
Аналогово -цифрови преобразуватели (ADC) са устройства, които приемат входни аналогови сигнали и съответно им изходни цифрови сигнали, подходящи за работа с компютри и други цифрови устройства, т.е. обикновено физическият сигнал първо се преобразува в аналогов (подобен на оригиналния сигнал) и след това аналоговият сигнал се преобразува в цифров.
Цифровите измервателни уреди използват различни автоматични методи за измерване и измервателни вериги. Отделен н определя спецификата предимно на методите за сравнение.
X и N могат да бъдат сравнени чрез методи за балансиране и съвпадение. При първия метод промяната в стойностите на N се контролира, докато се осигури равенството (с грешка на дискретността) на стойностите на X в N или произведените от тях ефекти. Според втория метод всички стойности на N се сравняват едновременно с X, а стойността на X се определя от стойността, която съвпада с него (с грешка на дискретността) н.
При метода на съвпадение обикновено се използват няколко сравнителя едновременно или X има способността да действа на едно общо устройство, което чете N стойността, която съвпада с него.
Прави се разграничение между методите за проследяване, почистване и побитово балансиране, както и методите за съвпадение с проследяване на отчитане или проследяване на четене, периодично броене или периодично отчитане на резултатите от сравнението.
Цифров мултицет
Първите цифрови измервателни уреди в историята са системи за пространствено кодиране.
В тези устройства (сензори), в съответствие със схемата на измерване, измерената стойност се преобразува с помощта на аналогов преобразувател в линейно движение или ъгъл на завъртане.
Освен това в аналогово-дискретния преобразувател полученото изместване или ъгъл на завъртане се кодира с помощта на специална кодова маска, която се прилага към специални кодови дискове, барабани, линийки, плочи, катодно-лъчеви тръби и др.
Маските създават символи (0 или 1) на кода на числото N под формата на проводими и непроводими, прозрачни и непрозрачни, магнитни и немагнитни области и др. От тези области специалните четци премахват въведения код.
Най -разпространеният метод за премахване на грешките в неяснотата се основава на използването на специални циклични кодове, при които съседните числа се различават само в един бит, т.е. грешката при четене не може да надвишава стъпката на квантоване. Това се постига поради факта, че когато всяко число се променя с едно в цикличния код, се променя само един знак (например се използва кодът Грей).
Цифров енкодер
В зависимост от изпълнението на енкодера преобразувателите за пространствено кодиране могат да бъдат разделени на контактни, магнитни, индуктивни, капацитивни и фотоелектрични преобразуватели (вижте — Как работят и работят енкодерите).
Примери за цифрови измервателни уреди: