Под цифровыми измерительными устройствами (ЦИУ) в книге В.Ю. Кончаловского «Цифровые измерительные устройства» понимаются измерительные приборы с цифровыми отсчетными устройствами и весьма близкие к ним преобразователи «аналог — код».
Первые обычно называют цифровыми измерительными приборами (ЦИП), а вторые — аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).
АЦП первоначально понадобились для того, чтобы связать управляемый объект с ЭВМ. Однако когда они были созданы, их применение этим не ограничилось; высокое быстродействие открыло для них ряд новых, не предполагавшихся ранее областей. Например, при испытаниях сложных конструкций в автоматическом эксперименте могут участвовать АЦП и ЭВМ, а управления объектом здесь не требуется. Результаты обработки информации в кодовой форме регистрируются на магнитных лентах, или других носителях информации, а по окончании эксперимента расшифровываются и изучаются. В другом варианте может регистрироваться измерительная информация на выходе АЦП, а ее математическая обработка или просто расшифровка и изучение производится впоследствии.
Вместе с тем создание АЦП дало и еще один исключительно важный результат: вместе с ними появились цифровые измерительные приборы (ЦИП). Принципиально они очень близки к АЦП, но предназначены для самостоятельного применения: измерения напряжения, частоты, фазового сдвига, сопротивления и других, физических величин. Цифровые измерительные приборы в отличие от АЦП представляют результат измерения в форме, пригодной для восприятия человеком. Для этого потребовались новые отсчетные устройства, не имеющие механических элементов и пространственных перемещений. Цифровые отсчетные устройства (ЦОУ) представляют результат измерения в гораздо более удобной и наглядной форме по сравнению со стрелочными. Кроме того, здесь исключается субъективная погрешность, обусловленная округлением результата при отсчете по положению стрелки на шкале. Обычно ЦИП обеспечивают возможность не только наблюдения, но и регистрации результата измерений в цифровой форме, например с помощью электрифицированной цифропечатающей машинки. Для этого предусматривается еще и «кодовый выход» в виде электрического сигнала.
Появление и интенсивное развитие ЦИП, обладающих целым рядом безусловных преимуществ по сравнению с «не цифровыми» приборами (их стали называть аналоговыми), поставили вопрос о дальнейшем пути электроизмерительной техники вообще. Именно, не следует ли считать, что аналоговые приборы доживают свой век и будут полностью вытеснены цифровыми? Первый довод против такого предположения — это технико-экономическая нецелесообразность. Действительно, ЦИП гораздо сложнее и дороже большинства аналоговых приборов, во всяком случае таких, как простейшие стрелочные амперметры, вольтметры и пр. В последнее время, однако, убедительность этого довода уже не представляется столь очевидной. Технология производства простейших аналоговых приборов в значительной мере стабилизировалась, а цифровых приборов непрерывно улучшается, что свойственно всякой молодой развивающейся отрасли. Важно также и то, что непрерывно снижается стоимость элементов ЦИП, в частности ИМС, что во многом связано с возрастающей массовостью их производства для ЭВМ четвертого поколения. Уже сейчас ЦИП внедрились в такие области электроизмерительной техники, где раньше трудно было ожидать их конкуренции с аналоговыми приборами.
В пользу аналоговых приборов есть более существенный довод. Не всегда цифровая форма представления результатов измерения является наилучшей. Колонка напечатанных цифр менее наглядна, чем непрерывная кривая, записанная на диаграмме. Более того, данные инженерной психологии говорят о том, что не только цифровая регистрация, но и цифровой отсчет отнюдь не всегда дают выигрыш. Например, пилоту гораздо проще координировать свои действия по показаниям аналоговых индикаторов, чем цифровых.
В некоторых случаях наибольший эффект дает компромиссное решение — приборы и системы с сочетанием аналоговой и цифровой форм представления результатов измерения.
Целью изучения дисциплины является усвоение вопросов теории и практики дискретных преобразований, принципов построения цифровых устройств, анализа их метрологических характеристик, формирование логического мышления по использованию вопросов теории в практической деятельности, получение практических навыков для решения задач проектирования современных цифровых измерительных приборов и устройств.
В результате изучения дисциплины «Цифровые измерительные устройства» студент должен понимать:
- научно-техническую лексику (терминологию) в области дискретной техники;
- системы счисления, как основу кодирования измерительной информации;
- единство методов измерения в области аналоговой и цифровой техники;
студент должен знать:
- основы квантования и кодирования, классификацию цифровых устройств;
- методы аналого-цифрового преобразования, структурные схемы приборов;
- особенности цифровых методов измерения и их погрешностей;