Что такое цифровой измерительный прибор
Перейти к содержимому

Что такое цифровой измерительный прибор

  • автор:

Цифровые измерительные приборы: достоинства и недостатки, принцип работы

Цифровые приборы — один из самых революционных способов измерения различных физических величин за всю историю человечества. Можно сказать, что в целом с момента появления цифровых технологий важность этого типа устройств во многом определила будущее всего нашего существования.

Цифровой прибор для измерения напряжения, тока и частоты

Все измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Цифровые измерительные приборы обладают высоким быстродействием и высоким классом точности. Они применяются для измерения широкого класса электрических и неэлектрических величин.

В отличии от цифровых аналоговые приборы не хранят измеренные данные и не совместимы с цифровыми микропроцессорными устройствами. По этой причине необходимо записывать каждое проведенное с его помощью измерение, что может быть утомительным и требующим большого количество времени.

Главный недостаток цифровых измерительных приборов заключается в том, что они нуждаются во внешнем источнике питания или подзарядке аккумулятора после определенного времени использования. Также точность, скорость и эффективность цифровых приборов делают их дороже аналоговых.

Экран аналогового и цифрового мультиметра

Цифровые измерительные приборы — приборы, в которых измеряемая входная аналоговая величина X автоматически опытным путем сравнивается с дискретными значениями известной (образцовой) величины N и результаты измерения выдаются в цифровом виде (Чем отличаются аналоговые, дискретные и цифровые сигналы).

Структурная схема цифрового вольтметра

Структурная схема цифрового вольтметра

При выполнении операций сравнения в цифровых измерительных приборах производится квантование по уровню и времени значений непрерывных измеряемых величин. Результат измерения (численный эквивалент измеряемой величины) образуется после выполнения операций цифрового кодирования и представляется в избранном коде (десятичном для отображения или двоичном для дальнейшей обработки).

Цифровой люксметр

Операции сравнения в цифровых измерительных приборах выполняются специальными устройствами сравнения. Обычно конечный результат измерения в таких приборах получается после запоминания и некоторой обработки результатов отдельных операций сравнения аналоговой величины X с различными дискретными значениями образцовой величины N (так же может производиться сравнение известных долей X с N, имеющей одно значение).

Числовой эквивалент X в измерительный прибор представляется с помощью выходных устройств в виде, удобном для восприятия (цифровая индикация), а в необходимых случаях — в виде, удобном для ввода в электронно-вычислительную машину (ЭВМ) или в систему автоматического управления (цифровые регуляторы, программируемые логические контроллеры, интеллектуальные реле, частотные преобразователи). Во втором случае приборы чаще всего называются цифровыми датчиками.

Цифровой штангенциркуль

В общем случае цифровые измерительные приборы содержат аналогово-цифровые преобразователи, блок формирования образцовой величины N или набор заранее сформированных величин N, устройства сравнения, логические устройства и выходные устройства.

В автоматических цифровых измерительных приборах обязательно наличие устройства, обеспечивающего управление работой его функциональных узлов. Кроме обязательных функциональных блоков прибор может содержать дополнительные, например, преобразователи непрерывных величин X в промежуточные непрерывные величины.

Такие преобразователи используются в измерительных приборах в тех случаях, когда промежуточную X можно более просто измерить, чем исходную. К преобразованиям X в электрические величины прибегают весьма часто при измерении разнообразных неэлектрических величин, в свою очередь, электрические часто представляются эквивалентными интервалами времени и т. д.

Цифровой термометр

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и выдают на выходе соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для работы с ЭВМ и другими цифровыми устройствами, т.е. обычно физический сигнал сначала преобразуется в аналоговый (аналогичный по отношению к исходному сигналу), а затем аналоговый сигнал преобразуется в цифровой.

В цифровых измерительных приборах используются различные методы автоматических измерений и измерительные схемы. Наличие дискретных N определяет специфику главным образом способов сравнения.

X и N можно сравнивать методами уравновешивания и совпадения. При 1-м методе управление изменением значений N производится до тех пор, пока не будет обеспечено равенство (с погрешностью дискретности) значений X в N или эффектов, ими производимых. По 2-му методу все значения N одновременно сравниваются с X, и значение X определяется по совпавшему с ним (с погрешностью дискретности) значению N .

При методе совпадения обычно используется одновременно несколько устройств сравнений, либо X имеет возможность воздействовать на одно общее устройство, считывающее совпавшее с ним значение N.

Различаются методы следящего, развертывающего и поразрядного уравновешивания, а также методы совпадения со следящим счетом или следящим считыванием, периодическим счетом или периодическим считыванием результатов сравнения.

Цифровой мультиметр

Первые в истории цифровые измерительные приборы представляли собой системы пространственного кодирования.

В этих приборах (датчиках) в соответствии со схемой измерения измеряемая величина с помощью аналогового преобразователя преобразуется в линейное перемещение или угол поворота.

Далее в аналого-дискретном преобразователе происходит кодирование полученного перемещения или угла поворота при помощи специальной кодовой маски, которая наносится на специальные кодовые диски, барабаны, линейки, пластины, электроннолучевые трубки и т. п.

Маски создают символы (0 или 1) кода числа N в виде проводящих и непроводящих, прозрачных и непрозрачных, магнитных и немагнитных участков и т. п. С этих участков специальные считывающие устройства снимают вводимый код.

Наибольшее распространение получил метод устранения ошибок неоднозначности, основанный на применении специальных циклических кодов, в которых соседние числа отличаются только в одном разряде, т. е. ошибка считывания не может превышать шага квантования. Это достигается за счет того, что при изменении любого числа на единицу в циклическом коде изменяется только один символ (например, используется код Грея).

Цифровой энкодер

В зависимости от выполнения кодирующего устройства преобразователи пространственного кодирования могут быть разделены на контактные, магнитные, индуктивные, емкостные и фотоэлектрические преобразователи (смотрите — Как устроены и работают энкодеры).

Примеры цифровых измерительных приборов:

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Цифровые измерительные устройства

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:

  1. Диапазон измерений.
  2. Порог чувствительности. прибора.
  3. Погрешности.
  4. Помехоустойчивость.
  5. 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:

  1. Род измеряемой величины. Согласно данному признаку цифровые измерительные приборы делятся на хронометры, вольтметры, омметры, вольтомметры, частотомеры, фазометры и т.п.
  2. 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:

  1. Запоминающие устройства, используемые для хранения информации без ее изменения.
  2. Ключи, используемые размыкания и замыкания электрической цепи. В цифровых измерительных устройствах применяются ключи, построенные на базе логического элемента и транзисторные.
  3. Логические элементы, представляющие собой элементы релейного действия.
  4. Генераторы импульсов. импульсов.
  5. Триггеры. .
  6. 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.

Структурная схема цифрового измерительного прибора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ» />

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.

Цифровые измерительные приборы. Мультиметры

Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) 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.

Процесс преобразования аналоговой формы сигнала в цифровую называется аналого-цифровым преобразованием, а преобразователь, осуществляющий это преобразование, — аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

В последние годы цифровые приборы получили большое распространение, особенно в качестве лабораторных вольтметров, амперметров, омметров, частотомеров и фазометров. По сравнению с аналоговыми приборами цифровые имеют такие преимущества, как высокая точность, широкий рабочий диапазон, высокое быстродействие, получение результатов измерения в удобной для считывания оператором форме, возможность цифрового преобразования и ввода измерительной информации в ЭВМ, автоматического введения поправок для уменьшения систематических погрешностей, автоматической калибровки, автоматизации процесса измерения.

Недостатками цифровых приборов являются меньший диапазон рабочих температур и необходимость в источнике питания измерительных и регистрирующих устройств.

Обобщенная функциональная схема ЦИП показана на рис. 2.17. Измеряемая величина, подается на входное устройство (ВУ), предназначенное для масштабного преобразования входной величины и отделения ее от помех, если они имеются. Аналого-цифровой преобразователь преобразует величину в код N, который подается на цифровое отсчетное устройство (ЦОУ), где индицируется в виде ряда цифр. Код N может выводиться и во внешние устройства, например в ЭВМ, для дальнейшей обработки или хранения. Управляет работой ЦИП устройство управления (УУ) путем выработки определенной последовательности командных сигналов во все функциональные узлы ЦИП [12—16].

Обобщенная структурная схема ЦИП

Рис. 2.17. Обобщенная структурная схема ЦИП

АЦП широко используются для связи первичных преобразователей электрических и не электрических величин с цифровыми вычислительными машинами, микропроцессорами и другими устройствами накопления и обработки результатов наблюдений. Интегральные микросхемы АЦП производятся миллионными тиражами, что позволило снизить их цену и сделать доступными для производства высококачественной измерительной аппаратуры.

По виду измеряемых величин ЦИП подразделяются:

  • • на вольтметры постоянного и переменного тока;
  • • омметры и мосты постоянного и переменного тока;
  • • комбинированные приборы;
  • • измерители частоты и интервалов времени;
  • • специализированные ЦИП, предназначенные для измерения температуры, массы грузов, скоростей, времени срабатывания различных элементов и т.п.

Диапазон измеряемых посредством ЦИП величин обычно широкий и разбивается на ряд поддиапазонов. Выбор нужного поддиапазона в процессе измерения производится вручную или автоматически. Измерение на выбранном поддиапазоне всегда происходит автоматически.

Действие ЦИП основано на преобразовании измеряемой аналоговой (непрерывной) величины в соответствующую дискретную с последующей индикацией результатов в виде цифры. Дискретная величина — это величина, в которой измерительная информация содержится не в интенсивности, а в числе элементов сигнала. Непрерывная измеряемая величина представляется соответствующим дискретным аналогом в виде ряда импульсов, следующих в определенной последовательности во времени и в пространстве. Такую систему представления измерительной информации называют кодом, а процесс преобразования сигналов в цифровую форму — аналого-цифровым преобразованием.

Несмотря на то, что схемные и конструктивные особенности цифровых измерительных приборов разнообразны, принципы их построения имеют много общего. Эти принципы можно рассмотреть с помощью обобщенной структурной схемы прибора (рис. 2.18). Измеряемая аналоговая величинах поступает во входное устройство прибора, представляющее собой масштабный преобразователь. Здесь она ограничивается или усиливается и подается в АЦП, где преобразуется в цифровую форму. После преобразования информация воспроизводится в виде соответствующего числа на цифровом индикаторе. Для согласования функций всех элементов прибора используется схема управления.

Обобщенная структурная схема цифрового прибора

Рис. 2.18. Обобщенная структурная схема цифрового прибора

Масштабный преобразователь цифрового измерительного прибора устроен аналогично входному устройству электронного прибора. В некоторых конструкциях на входе прибора установлен фильтр для исключения помех. Отсчетные устройства цифровых измерительных приборов позволяют визуально наблюдать результаты измерений в цифровой форме.

Для этого измерительные приборы комплектуются различными цифровыми индикаторами — электровакуумными и жидкокристаллическими. Обычно индикаторы цифровых измерительных приборов имеют от четырех до восьми разрядов. В большинстве из них предусмотрена десятичная запятая (точка), которая может перемещаться в соответствии с выбранным диапазоном измерений [12—16].

цифровой измерительный прибор

цифровой (измерительный) прибор — цифровой показывающий прибор [IEV number 312 02 10] EN digital (measuring) instrument digital indicating instrument measuring instrument which provides a display or an output in digital form NOTE – This term relates to the form of… … Справочник технического переводчика

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — измерительный прибор, в котором результаты измерения непрерывной физ. величины (напряжения, силы тока, частоты, электрического сопротивления и др.) автоматически преобразуются в дискретный код цифровой эквивалент измеряемой величины, который… … Большая политехническая энциклопедия

цифровой измерительный прибор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN digital instrument … Справочник технического переводчика

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — 5.1.7. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Цифровой прибор Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания (5.1.3) которого представлены в цифровой форме ГОСТ 16263 Источник: РМ 4 239 91:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

цифровой измерительный прибор — skaitmeninis matuoklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matuoklis, išėjimo signalą arba rodmenį rodantis skaitmenimis. atitikmenys: angl. digital indicating instrument; digital measuring instrument vok. digitales… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

цифровой измерительный прибор — skaitmeninis matuoklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. digital indicating instrument; digital measuring instrument vok. digitales Meßgerät, n; Digitalmeßgerät, n rus. цифровой измеритель, m; цифровой измерительный прибор, m; цифровой… … Fizikos terminų žodynas

Цифровой (измерительный) прибор — 1. Измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме Употребляется в документе: ОСТ 45.159 2000 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Термины и определения … Телекоммуникационный словарь

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР — измерит. прибор, в к ром результаты измерений непрерывной величины (напряжения, силы тока, электрич. сопротивления и др.) автоматически преобразуются в дискретные сигналы, отображаемые в виде чисел на цифровом индикаторе. Для Ц. и. п. характерны… … Большой энциклопедический политехнический словарь

цифровой показывающий прибор — skaitmeninis matuoklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matuoklis, išėjimo signalą arba rodmenį rodantis skaitmenimis. atitikmenys: angl. digital indicating instrument; digital measuring instrument vok. digitales… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

цифровой показывающий прибор — skaitmeninis matuoklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. digital indicating instrument; digital measuring instrument vok. digitales Meßgerät, n; Digitalmeßgerät, n rus. цифровой измеритель, m; цифровой измерительный прибор, m; цифровой… … Fizikos terminų žodynas

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *