Основные характеристики и классификация цифровых измерительных устройств
Цифровое измерительное устройство – это прибор, который содержит устройства обработки цифровой информации, аналого-цифровые преобразователи, а также устройства отображения результатов измерений в цифровой форме.
К основным характеристикам цифровых измерительных приборов относятся:
- Диапазон измерений.
- Порог чувствительности.
- Входное сопротивление прибора.
- Погрешности.
- Помехоустойчивость.
- Быстродействие.
Основная погрешность цифрового измерительного прибора состоит из погрешностей порога чувствительности, дискретности, а также реализации дискретности уравнений. Данные составляющие обусловлены несовершенством приборов. Погрешность появляется в результате несоответствия реальных и принятых значений уровней квантования, происходит это, потому что измеряемая величина квантуется в соответствии с реальными значениями уровней, а отсчет осуществляется в соответствии с принятыми. В реальном цифровом измерительном приборе составляющие погрешности меняются случайным образом, поэтому их необходимо суммировать как случайные числа, но с учетом распределения.
Диапазон измерений цифрового измерительного прибора – это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности.
Порог чувствительности прибора представляет собой изменение измеряемой величины, вызывающее изменение показаний прибора и характеризующее его возможность измерять малые приращения и значения измеряемой величины. Входное сопротивление оказывает влияние на потребляемую энергии и на конечный результат измерения. Быстродействие — это число измерений, которые выполняются прибором за единицу времени (как правило, она составляет одну секунду). Помехоустойчивость цифрового измерительного прибора характеризуется коэффициентом подавления помех. Для того, чтобы снизить действие помех применяются фильтры или изолируется входная цепь прибора от его корпуса.
Цифровые измерительные приборы классифицируются по нескольким признакам:
- Род измеряемой величины. Согласно данному признаку цифровые измерительные приборы делятся на хронометры, вольтметры, омметры, вольтомметры, частотомеры, фазометры и т.п.
- Метод кодирования (квантования). Согласно данному признаку цифровые измерительные приборы делятся на приборы пространственного квантования, приборы с квантованием параметров интенсивности и приборы квантования частотно-временных параметров измерительных сигналов.
Структурная схема и достоинства цифровых измерительных приборов
Цифровые измерительные приборы активно используются на промышленных предприятия, несмотря на то, что у них имеется большой парк аналоговых устройств. К достоинствам первых можно отнести широкий диапазон измерений, высокую точность измерений, представление результатов в цифровой форме (возможность последующей обработки, хранения и индикации), наличие возможности внешнего управления, программирования, а также автоматизацию процесса измерения. Цифровой измерительный прибор может состоять из разнообразных элементов и узлов, самыми распространенными узлами являются:
- Запоминающие устройства, используемые для хранения информации без ее изменения.
- Ключи, используемые размыкания и замыкания электрической цепи. В цифровых измерительных устройствах применяются ключи, построенные на базе логического элемента и транзисторные.
- Логические элементы, представляющие собой элементы релейного действия.
- Генераторы импульсов.
- Счетчики импульсов.
- Триггеры.
- Дешифраторы.
- Отсчетные устройства.
Все элементы, из которых состоят узлы цифровых измерительных устройств, делятся на логические и запоминающие. Логические осуществляют обработку информации, которая поступает в двоичном форме, а также выполняют определенные операции. Запоминающие обладают возможностью длительного хранения информации. Пример структурной схемы цифрового измерительного прибора изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная схема цифрового измерительного прибора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - входное устройство; 2 - аналого-цифровой преобразователь; 3 - арифметико-логическое устройство; 4 -блок реле; 5 - блок управления; Ux - измеряемый электрический сигнал; U - постоянное напряжение; Ud - цифровая форма сигнала.
Входное устройство по сигналу блока управления в каждом цикле измерений преобразует электрический сигнал в постоянное напряжение в определенном диапазоне частот. Аналого-цифровой преобразователь преобразует циклическое напряжение в цифровую форму. Арифметико-логическое устройство выполняет операции с отдельными значениями сигнала в цифровой форме. Блок управления синхронизирует процессы обработки сигналов. Таким образом в измерительном устройстве происходит два процесса: дискретизация и квантование.
