Цифровые измерительные приборы

Цифровой измерительный прибор – это прибор, автоматически вырабатывающий сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Действие цифровых измерительных приборов 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. Таким образом, 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. 19.11). Измеряемая аналоговая величина х поступает во входное устройство прибора, представляющее собой масштабный преобразователь. Здесь она при необходимости ограничивается или усиливается и подается в аналого-цифровой преобразователь, 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.

Рис. 19.11

Масштабный преобразовательцифрового измерительного прибора устроен аналогично входному устройству электронного прибора. В некоторых конструкциях на входе прибора установлен фильтр для исключения помех. Аналого-цифровые преобразователи строят с использованием различных способов преобразования (рассматриваются в основах информатики и вычислительной техники). 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.

Из цифровых измерительных приборов широко применяются вольтметры постоянного тока, которыми можно измерять напряжение в диапазоне 1 мкВ...1000 В с погрешностью не выше 0,1 %. У цифровых вольтметров переменного тока по сравнению с вольтметрами постоянного тока точность измерений, ниже.

В цифровых частотомерах используют в основном принцип последовательного счета (сигналов одной полярности за фиксированный отрезок времени). Их особенностью является большая продолжительность измерения низких частот. Поэтому в частотомере с четырехзначной индикацией при измерении промышленной частоты (50 Гц) для сокращения продолжительности предусматривают измерение не частоты, а периода.

Комбинированные цифровые измерительные приборы. Современная элементная база электроники позволяет создавать цифровые измерительные приборы с широкими возможностями – для измерения напряжений постоянного и переменного тока, сопротивлений резисторов, емкости конденсаторов, индуктивности катушек и др. Такие приборы называют комбинированными. Одним из функциональных узлов комбинированного цифрового прибора является (как и электронного) усилитель. В зависимости от назначения прибора в числе его других узлов могут быть различные преобразователи: переменного тока в постоянный, среднего, действующего или амплитудного значений измеряемых напряжений, сопротивления, индуктивности или емкости в напряжение и др.

Применение микропроцессоров в измерительных приборах упрощает процесс измерений, позволяет выполнять автоматически поверку и калибровку (в том числе и во время измерений), статистическую обработку измерительной информации и улучшать метрологические характеристики приборов. Так, современные микропроцессорные вольтметры – многопрограммные приборы. Они позволяют умножать (делить) измеряемое напряжение на постоянную величину, определять его статистические параметры (среднее квадратическое отклонение, дисперсию, математическое ожидание и др.) и хранить измерительную информацию.

Цифровые измерительные приборы – перспективные средства измерений различных параметров. Их применяют во многих отраслях агропромышленного производства.
Глава 20. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН