Устройство цифровых электроизмерительных приборов

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 24Следующая ⇒

По принципу действия и конструктивному исполнению цифровые приборы разделяют на электромеханические и электронные. Электромеханические приборы имеют высокую точность, но малую скорость измерений. В электронных приборах используется современная база электроники. Несмотря на схемные и конструктивные особенности, принцип построения цифровых измерительных приборов (ЦИП) одинаков (Рисунок 9) [https://studopedia. ru/view_misi.php?id=42].

Рисунок 9 ¾ Структурная схема ЦИП

Измеряемая величина (Х) поступает на входное устройство прибора (ВУ), где происходит масштабное преобразование сигнала, затем он поступает на аналогово-цифровой преобразователь (устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал)) (АЦП), где аналоговый сигнал преобразуется в соответствующий код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ). Для получения всех управляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления. Входное устройство прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр для исключения помех.

В зависимости от способа аналого-цифрового преобразования приборы разделяют на устройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешивающим преобразованием).

В основе работы цифровых измерительных устройств последовательного счета лежит принцип последовательного приближения значения эталонного сигнала, генерируемого схемой прибора, к значению измеряемого сигнала.

В ЦИП последовательного приближения происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины с известной квантованной величиной, изменяющейся по определенному алгоритму.

В цифровых измерительных устройствах (ЦИУ) считывания, происходит одновременное сравнение измеряемой физической величины с заранее заданным набором значений эталонных сигналов.

На рисунке представлены графики, отражающие принцип работы рассмотренных типов ЦИП (Рисунок 10).

Рисунок 10 ¾ Принципы преобразования измеряемого сигнала в ЦИП

Основными элементами ЦИП являются триггеры (класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов), дешифраторы (комбинационная схема, преобразующая n-разрядный двоичный, троичный или k‑ичный код в.  ‑ичный одноединичный код, где. k — основание системы счисления.) и знаковые индикаторы (прибор для отображения информации). Несколько знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устройство. В ЦИП в отличие от аналоговых обязательным элементом схемы являются (АЦП) и цифровые отсчетные устройства (ЦОУ). Схемное решение ЦИП определяется видом АЦП.

Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный.

Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый «медленный». Время преобразования, интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,001 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1–0,0003%.

Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4–0,002%), но зато время преобразования – от ~10мкс до ~1 мс.

Параллельные АЦП – самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.

Сигнал дискретизируется (преобразование непрерывного информационного множества аналоговых сигналов (сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений) в дискретное множество называется дискретизацией) по времени путем быстрого измерения его в отдельные моменты времени и удержания (сохранения) измеренных значений на время преобразования их в цифровую форму. Последовательность полученных дискретных значений может выводиться на дисплей в виде кривой, имеющей форму сигнала. Возводя эти значения в квадрат и суммируя, можно вычислять среднеквадратическое значение сигнала. Их можно использовать также для вычисления времени нарастания, максимального значения, среднего по времени, частотного спектра и т.д. Дискретизация по времени может производиться либо за один период сигнала («в реальном времени»), либо (с последовательной или произвольной выборкой) за ряд повторяющихся периодов.

К наиболее важным характеристикам ЦИП относятся:

· разрешающая способность;

· входное сопротивление;

· быстродействие (число измерений в секунду);

· точность (близость результата к истинному значению величины);

· помехозащищенность.

Достоинства ЦИП:

· высокая чувствительность и точность измерений;

· удобство отсчета показаний;

· возможность дистанционной передачи измерительной информации;

· возможность сочетания с ЭВМ и другими автоматическими устройствами;

· высокая помехозащищенность.

Недостатки:

· сложность устройств; высокая стоимость;

· невысокая надежность.

Перспективы развития ЦИП: достигнутый уровень метрологических характеристик в целом удовлетворяет требованиям практики и приближается к характеристикам соответствующих эталонов, поэтому основные усилия разработчиков направлены на повышение надежности ЦИП и создание приборов с расширенными функциональными возможностями, обеспечивающими потребителю максимальные эксплуатационные удобства, что связано с широким применением микропроцессорной техники.

2.1.6.1. Цифровые вольтметры и мультиметры. Цифровые вольтметры и мультиметры измеряют квазистатическое значение величины и указывают его в цифровой форме. Вольтметры непосредственно измеряют только напряжение, обычно постоянного тока, а мультиметры могут измерять напряжение постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление постоянному току и иногда температуру. Эти самые распространенные контрольно-измерительные приборы общего назначения с погрешностью измерения от 0,2 до 0,001% могут иметь 3,5- или 4,5-значный цифровой дисплей. "Полуцелый" знак (разряд) - это условное указание на то, что дисплей может показывать числа, выходящие за пределы номинального числа знаков. Например, 3,5-значный (3,5-разрядный) дисплей в диапазоне 1-2 В может показывать напряжение до 1,999 В [6].

Вывод по вопросу: Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США