Цифровые измерительные приборы (ЦИП) – прибор, автоматически вырабатывающий сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.
Принцип действия ЦИП основан на преобразовании измеряемой величины в дискретную с последующей индикацией результатов в виде числа.
9.13. Структурная схема цифрового измерительного прибора:
МП – масштабный преобразователь, предназначен для изменения измеряемого напряжения; АЦП – аналого-цифровой преобразователь.
Способы преобразования:
· последовательного счета – последовательное во времени сравнение измеряемой величины с известной величиной;
· поразрядного сравнения – сравнения измеряемой величины с контактной, изменяющей свое значение по заданной программе;
· интегрирования – суммирование измеряемой величины за фиксированный интервал времен;
· одновременного считывания – сравнение измеряемой величины с рядом известных величин, соотношение между элементами которых выбираются по заданному алгоритму.
В качестве АЦП используют преобразователь двухтактного интегрирования.
Рис.9.14. Структурная схема аналого-цифрового преобразователя цифрового измерительного прибора
Измеряемая аналоговая величина после МП поступает на вход электронного коммутирующего устройства и сравнивается с опорным напряжением .
Интегратор интегрирует входную величину (напряжение) в течение фиксированного времени, за которое выходное напряжение интегратора возрастает от 0 до max, а потом уменьшается от max до 0. При этом считаются тактовые импульсы генератора, встроенного в интегратор. Число импульсов за время убивания напряжения, пропорционально этому напряжению.
ЦИ – цифровой индикатор. ЦИП комплектуются различными ЦИ – электровакуумными, люминесцентными с мозаичным построением цифр, газоразрядными, неоновыми, жидкокристаллическими.
В большинстве используются семисегментные индикаторы на жидких кристаллах, потребляющие незначительную мощность.
Портативные измерительные приборы комплектуются жидкокристаллическими индикаторами. В стационарных приборах применяют индикаторы на светодиодах или флуоресцентные СУ – схема управления выдает сигнал для преобразования напряжения в частоту.
В ЦИП кодирование производится с использованием различных систем счисления.
Для выполнения арифметических и логических операций используют десятичную систему. В десятичной системе счисления любое целое число N можно представить в виде
,
где n – число разрядов; – коэффициент, принимающий значения 0,1,2…9.
В ЦИП в основном применяют устройства с двумя устойчивыми состояниями (триггер, реле), поэтому используют двоичную систему счисления
,
где n – число разрядов; – коэффициент, принимающий значения 0 и 1 (используются два символа).
Наиболее простая система счисления – единичная, основанная на одном символе (цифра 1), при помощи которого можно выразить любое число. При реализации кодов каждому символу должен соответствовать свой элемент кода.
Коды делят на последовательные и параллельные. У последовательного кода элементы передаются последовательно во времени по одному каналу.
У параллельного кода элементы передаются одновременно по различным каналам.