Цифровые измерительные приборы.

Характерной чертой измерительных приборов со стрелочным указателем является некоторая субъективность в измерениях при определении положения стрелки на шкале прибора. Цифровые измерительные приборы (ЦИП) с цифровыми индикаторами лишены этого недостатка. Они широко применяются для измерения частоты, интервалов времени, напряжения и т.д.

ЦИП преобразуют измеряемую величину в дискретные или квантовые значения, осуществляют цифровое кодирование и выдачу результатов измерений в цифровом виде. К преимуществам ЦИП можно от­нести: достаточно широкий диапазон измеряемых величин с высокой точностью измерений, возможность представления результатов измерения в цифровом виде, запись их цифропечатающим устройством, а также ввод в ЦВМ с последующей обработкой получаемой инфор­мации и дальнейшим ее использованием.

Рассмотрим работу ЦИП на примере электронного цифрового вольтметра с время-им­пульсным преобразованием, при котором измеряемое напряжение Ux, вначале преобразуется во вре­менной интервал, а затем в цифровой вид. Функциональная схема данного вольтметра представлена на рис. 7.15. Ос­новными узлами цифрового вольтметра, которые осуществ­ляют связь измеряемого напряжения с временным

Рис 7.15

интервалом, являются: два сравнивающих устройства, генератор линейно нарастающего напряжения ГЛИН и триггер. До подачи на входное устройство измеряемого постоян­ного напряжения U_xустройство управления обеспечивает сброс прежних показаний счетчика, запус­кает ГЛИН, а также устанавливает триггер .в положение «О». Напряжение U_x подается на входное устрой­ство (делитель напряжения), затем усиливается усилителем по­стоянного тока и подается на вход 2 сравнивающего устрой­ства 11. Вход 2 сравнивающего устройства I заземлен. На входы 1 сравнивающих устройств I и II подается линейно нара­стающее напряжение u_н (рис. 7.16). При равен­стве входных на­пряжений сравнивающие устройства на. своих выходах выра­батывают короткий им­пульс. Таким образом, первый импульс возникает от сравнивающего устройства (u_н = 0), второй им­пульс — от сравнивающего устройства 11 при u_н = U_x При этом первый импульс посредством триг­гера обеспечивает начало ра­боты ключа и на счетчик поступают импульсы с генератора счетных им­пульсов с периодом времени Т_N . При подаче на триггер второго импульса ключ закрывается, а следо­вательно, прекращается счет импульсов. Таким образом, осуществлено как сравнение измеряемого напряжения U_x, с линейно нара­стающим напряжением u_н, так и преобразование его во времен­ной интервал Т_{х .}

Показания устройства цифрового отсчета определяются следующим образом:

U_x = tg β T_N N ,

где T_N — период импульсов генератора счетных импульсов;

N — число импульсов.

При выверке нуля прибора необходимо заземлить вход уси­лителя постоянного тока, а при гра­дуировке его вход подклю­чается к калибратору, т. е. источнику калиброванного напряже­ния. Если появляется необходимость измерения переменного напряжения, последнее после делителя подается на преобразо­ватель, где преобразуется в постоянное, после чего подается на вход усилителя посто­янного тока. Цифровые вольтметры обес­печивают высокую скорость преобразования (до тысячи из­ме­рений в секунду), а также малую погрешность измерения (0,01—0,001%) в диапазоне измеряемых напряжений от 0,1мкВдо 1000 В.

Другими ЦИП являются: цифровой амперметр, цифровой амперметр, цифровой омметр, цифровой осциллограф.

Цифровой амперметр— измеритель силы тока с цифровой ин­дикацией. В цифровых амперметрах используется косвенный метод изме­рения тока, заключающийся в измерении падения напряжения на образцовом резисторе с известным значением сопротивления посредством цифрового вольтметра. Цифровой амперметр является составной частью цифровых мультиметров, комбинированных измерительных приборов.

Основой цифрового мультиметра является цифровой вольтметр, который дополняется специальным переключающим устройством для измерения различных величин. При этом применяются электрические схемы цифровых амперметров и омметров.

Цифровой омметр—прибор для измерения сопротивления с цифровой индикацией.

Известны два способа измерений. Во-первых, мост измеритель­ный Уитсона обеспечивает автоматическое уравновешивание. Для этого соединенные в соответствии с кодом сопротивления подключаются по команде устройства управления к мосту по очереди, пока не обеспечивается равновесие схемы. Второй способ заключается в пропускании через измеряемое сопротивление известного тока. Падение напряжения измеряется при помощи АЦП по способу компенсации и индицируется в цифровой форме в единицах сопротивления. Цифровой омметр является в частности, составной частью цифрового мультиметра.

Цифровой осциллограф—осциллограф с цифровой регистрацией измеряемого сигнала запоминанием и обработкой.

Аналоговый измерительный сигнал при помощи АЦП преобразуется в цифровою форму. В этом виде он может быть записан в запоминающее устройство. Цифровой осциллограф имеет микровычислитель, который может быть использован для точного расчета пара­метров измеряемых сигналов (например, значений переменного тока и и параметров импульсов) и/или программного управления измерительным процессом. Конструкция, как правило, отвечает требовани­ям агрегатирования благодаря чему этот прибор находит примене­ние в измерительных системах. Через соответствующий интерфейсон может быть соединен с внешней ЭВМ в соответствии с концепцией объединения различных однотипных сменных блоков. Осциллографы, обеспечивающие вывод на экран информации и в буквенно-цифровой форме помимо обычного изображения сиг­нала, также называют цифровыми.

За последнее время интегральная электроника получила значительное развитие, что в свою очередь расширило сферу ее применения в измерительной аппаратуре.