Измерительные приборы с цифровой индикацией

Определяемые значения измеряемого параметра (например, силы тока) выводятся на индикацию непосредственно в виде последовательности цифр (рис. 1). Преобразование аналоговых измеренных значений в числовую, т.е. цифровую, форму представления выполняется посредством встроенного в измерительный прибор аналого-цифрового преобразователя (AD-преобразователь).

Рис. 1: Цифровой дисплей с дополнительной аналоговой линейной индикацией

Благодаря цифровому представлению измеренного значения облегчается считывание показаний прибора. Кроме того, разрешение цифрового дисплея выше по сравнению с аналоговым представлением на шкале, т.е. больше не требуется оценивать измеренное значение, расположенное между двумя делениями шкалы.

Измерительные приборы с цифровой индикацией обычно производят два измерения в секунду. При этом измеряемое значение определяется и записывается в промежуточную память всего за доли секунды. На индикацию выводится среднее значение двух измерений. Поскольку измеренное значение обычно не является абсолютно постоянным, непрерывное измерение и непрерывная индикация приведут к мерцанию последней цифры.

С другой стороны, невозможно определять быстрые изменения измеряемой величины и диапазон колебаний. Однако при некоторых измерениях требуется определить диапазон колебаний измеряемой величины. В этом случае должен применяться аналоговый измерительный прибор или цифровой измерительный прибор с дополнительной аналоговой индикацией.

Дополнительная аналоговая индикация (рис. 1) появляется в поле индикации, например, в виде черной полоски, длина которой изменяется соответственно изменению измеренного значения. В этом случае выполняется не менее 25 измерений в секунду, и с такой же частотой на индикацию выводятся измеренные значения. У наблюдающего возникает впечатление, что при этом происходит непрерывный процесс измерения.

Погрешность измерения. Зачастую цифровая индикация цифровых измерительных приборов вводит в заблуждение точностью показаний, хотя сам прибор и не обладает такой точностью. Поэтому следует учитывать допустимую погрешность измерения, указанную изготовителем измерительного прибора. Она указывается в виде процента от верхнего предела диапазона измерения, например, ± 0,5 % от 19,99 В. Кроме того, показания могут расходиться в последней цифре.

Разрешение и количество разрядов цифрового дисплея. Цифровые измерительные приборы простого типа имеют 3½-разрядный дисплей, более дорогие приборы имеют 6½-разрядный дисплей. 3½-разрядный дисплей показывает 4-разрядное число, однако последовательность цифр в первом разряде не полная (не 0 до 9).

На индикацию в первом разряде выводится лишь ограниченный диапазон цифр, например, от 0 до 1 или от 0 до 3; таким образом, в соответствующих случаях возможны следующие максимальные показания дисплея: 1999 или 3999.

При превышении этих значений чаще всего происходит автоматическое переключение диапазона измерения.

Универсальные измерительные приборы. Аналоговые мультиметры

Годятся для измерения напряжений и силы тока в цепях постоянного и переменного напряжения. Сопротивления могут определяться только косвенно, исходя из измеренных значений напряжения и силы тока; поэтому для питания напряжением требуется электрическая батарея.

При этом измеряется ток I, протекающий через резистор R. В соответствии с закономерностью, вытекающей из закона Ома, I ~ 1/R. Шкала, показывающая значение сопротивления, выполнена в соответствии с этой закономерностью, вследствие чего она имеет нелинейную характеристику. При бесконечно большом сопротивлении стрелка не отклоняется, а при нулевом напряжении она отклоняется полностью.

Рис. 1. Аналоговый мультиметр

Диапазон измерения часто имеет дополнительные возможности расширения с коэффициентом 1000, благодаря чему возможно измерение значенийсопротивления в диапазонах омов, килоомов и мегаомов.

При измерении неизвестной величины сначала всегда необходимо выбрать наибольший диапазон измерения, а затем установить селекторный переключатель диапазонов измерения на тот диапазон, при котором стрелка прибора будет находиться в верхней трети шкалы.

Чтобы получить измеренное значение, необходимо разделить показанное число делений шкалы на значение верхнего предела шкалы и затем умножить на коэффициент, указанный на селекторном переключателе диапазонов рядом с единицей измерения, например, показанное число делений шкалы: 33 (рис. 1), диапазон измерения: 0,5 V, значение верхнего предела шкалы: 50. Следовательно, показанное измеренное значение равняется (33 : 50) ∙ 0,5 V = 0,33 В.

Цифровые мультиметры

Возможности их применения те же, что у аналоговых мультиметров. Преимуществом является то, что несмотря на высокую точность они относительно прочны и недороги.

Рис. 2. Цифровой мультиметр

С помощью центрального переключателя можно выбрать диапазон и режим измерения, например, режим тестирования диодов. В более дорогих приборах переключение диапазонов измерении часто происходит автоматически.

Электронные предохранители могут выполнять функцию защиты прибора от перегрузки. Кроме того, возможно сохранение измеренных значений. При наличии соответствующего интерфейсного разъема возможно также подключение, например, к компьютеру (PC) для дальнейшей обработки данных измерения.

Осциллограф

Осциллограф – это измерительный прибор с аналоговой индикацией, который может измерять и представлять графически быстро протекающие, периодически повоторяющиеся электрические процессы, например, сигналы датчиков или характеристику напряжения зажигания. Индикация осуществляется на экране электронно-лучевой трубки (рис. 1). Осциллограф, который может одновременно представлять два процесса, в зависимости от конкретного исполнения называется двухканальным или двухлучевым осциллографом.

При необходимости представления однократных процессов должен применяться осциллограф с памятью. При этом процесс измерения записывается в память и позже может быть вновь выведен на экран в виде статичного изображения.

Устройство и принцип действия

Электронно-лучевой осциллоскоп состоит из следующих четырех основных узлов (рис. 1):

· осциллографическая электронно-лучевая трубка

· усилитель вертикально отклоняющего напряжения (Y-усилитель; Y₁Y₂)

· генератор горизонтальной развертки с синхронизатором (X-усилитель; X₁ X₂)

· блок питания

Рис. 1. Блок-схема электронно-лучевого осциллографа

В электронно-лучевой трубке, подобно телевизионной ЭЛТ, генерируется проходящий в вакууме резкофокусированный электронный луч, вызывающий появление точки в центре люминесцентного экрана.

Электронный луч может отклоняться как в вертикальном направлении (рис. 2) посредством пары пластин Y₁ Y₂, так и в горизонтальном направлении (рис. 3) посредством пары пластин X₁ X₂.

Если подать на вертикально отклоняющие пластины Y₁ Y₂ постоянное напряжение, то точка из центра экрана переместится при положительном напряжении вверх, а при отрицательном напряжении – вниз, и будет по-прежнему отображаться там в виде точки. Если же вместо постоянного напряжения подать переменное, то на экране появится вертикальная полоса (рис. 2).

Рис. 2. Вертикально отклоняющие пластины Y₁ Y₂

Если на горизонтально отклоняющие пластины X₁ X₂ подать постоянное напряжение, то в зависимости от полярности напряжения световая точка переместится по экрану влево или вправо и будет по-прежнему отображаться там в виде точки. Если вместо постоянного напряжения подать равнопеременное напряжение, например, пилообразное напряжение, то на экране появится горизонтальная полоса (рис. 3).

Рис. 3. Горизонтально оклоняющие пластины X₁ X₂

Если теперь одновреммено подать на пару вертикально отклоняющих пластин Y₁ Y₂ измеряемое напряжение, а на пару горизонтально отклоняющих пластин X₁ X₂ – пилообразное напряжение горизонтальной развертки, то на экране появится фактическая временнáя характеристика измеряемого напряжения (рис. 1).

Запуск. Чтобы на экране осциллографа появилось статичное изображение, горизонтальная развертка всегда должна начинаться при одном и том же значении измеряемого напряжения (напряжение сигнала). Временнáя развертка запускается посредством пускового импульса. Временнáя развертка генерирует одно колебание пилообразной формы, т.е. за один период электронный луч один раз пробегает по экрану и возвращается обратно. Пусковой импульс может либо генерироваться в самом генераторе горизонтальной развертки (внутренний импульс), либо подаваться извне в виде импульса напряжения (внешний импульс).

Под запуском понимается запуск временнóй развертки посредством пускового импульса.