Измерения электрических величин цифровыми приборами
Измерения электрических величин цифровыми приборами - раздел Приборостроение, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОНИКИ Цифровыми Измерительными Приборами (Цип) Называются Приборы,...
Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, т. е. показания которых представлены в цифровой форме.
Рис. 4.19. Блок схема цифрового электрического прибора
Входные величины у цифровых, как и у аналоговых, измерительных устройств непрерывные. Главное различие между аналоговыми и цифровыми измерительными приборами состоит в индикации измерительной информации. В аналоговых измерительных приборах результаты измерения могут принимать сколь угодно близкие друг к другу значения, а в цифровых приборах результаты измерений могут принимать только фиксированные значения, ближайшие из которых различаются на заданную (известную) величину — шаг квантования.
Цифровой прибор имеет два обязательных функциональных узла: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой индикатор (рис. 4.19). АЦП выдает цифровой код в соответствии со значением измеряемой величины, а индикатор отражает значение измеряемой величины в цифровой форме.
Кроме АЦП, к цифровым преобразователям относятся цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), предназначенные для выполнения обратной АЦП операции, т. е. для преобразования цифрового кода в аналоговую величину. АЦП и ЦАП применяются также в измерительных, информационных, управляющих системах слежения и диагностики объекта, поэтому выпускаются промышленностью в виде автономных устройств.
Дискретность результатов измерений у ЦИП вызвана тем, что входные сигналы квантуются. Известно квантование двух видов: по уровню, по времени.
Цифровые измерительные приборы с квантованием по уровню. При квантовании по уровню весь диапазон измерения входной величины разбивается на ряд уровней и значение входной величины принимается равным ближайшему уровню. Суть квантования по уровню поясняется на рис. 4.20, где показано, что непрерывной входной величине X ставится в соответствие дискретная величина (штриховая линия).
Функциональная схема ЦИП, реализующего квантование по уровню, показана на рис. 4.21. Измеряемая величина поступает на вход сравнивающего устройства . На другой вход подается величина сравнения , однородная с измеряемой, которая сформирована в ЦАП. Сравнивающее устройство (компаратор) формирует сигнал и управляет работой ключа . При под действием сигнала ключ замыкается и пропускает импульсы с выхода генератора импульсов на вход счетчика импульсов.
Рис. 4.21. Блок схема ЦИП с квантованием по уровню
Рис. 4.20.
Диаграмма работы ЦИП
Счетчик импульсов преобразует количество импульсов в цифровой код, который управляет работой ЦАП. Пока , код на выходе счетчика возрастает и увеличивается .При СУ вырабатывает сигнал , ключ отключает ,импульсы больше не поступают на счетчик, код и не изменяются. При помощи цифрового индикатора ЦИ результат измерения представляется оператору. На этом процесс измерения закончен. Для следующего измерения необходимо вернуть счетчик и ЦАП в нулевое состояние при помощи управляющего устройства УУ или вручную нажатием кнопки. После этого прибор готов к новому измерению.
ЦИП с квантованием по уровню широко применяются для измерения постоянных и переменных напряжений, сопротивлений, частоты, неэлектрических величин.
Цифровые измерительные приборы с квантованием по времени. Широкое распространение получили ЦИП с время-импульсными измерительными преобразователями (ВИП). Преобразователь (рис. 4.22, а) формирует прямоугольные импульсы (рис. 4.22, б), длительность которых пропорциональна измеряемой величине:
.
Во время действия импульса ключ замыкается и пропускает импульсы с выхода генератора импульсов ГИ на вход счетчика.
Количество импульсов, поступивших на счетчик (рис. 4.22, ),
,
где - период следования импульсов на выходе генератора.
Таким образом, код, который будет записан в счетчике, пропорционален измеряемой величине. Этот код поступает на цифровой индикатор ЦИ и там преобразуется в вид, удобный для представления оператору.
Преимуществами цифровых измерительных устройств с время импульсным преобразованием и квантованием по времени являются простота конструкции и унификация устройств.
Рис. 4.22. Блок схема и диаграмма работы ЦИП – б с квантованием по времени
4.1.11. Электронно-лучевой осциллограф
Осциллографы предназначены для визуального наблюдения и фиксации быстропротекающих процессов. Применяется два типа осциллографов: электронно-механические, используемые для исследования относительно медленно протекающих процессов (при частоте до 5 кГц) и электронно-лучевые — для исследования относительно быстро протекающих процессов (до сотен мегагерц). Ниже рассматриваются осциллографы второго типа.
Рис. 4.23. Конструкция электроннолучевой трубки
Осциллограф (рис. 4.23) состоит из электроннолучевой трубки, схемы развёртки и органов управления. Электроннолучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, в которой помещается электронная пушка, отклоняющая система и экран. Электронная пушка при помощи катода, эмитирующего электроны, сетки и анодов и формирует узкий электронный луч. Под действием электронов, падающих на экран, покрытый слоем люминофора, последний светится и на экране наблюдается светящаяся точка. Подавая на отклоняющие пластины напряжение, можно управлять положением луча. На горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение, перемещающее луч в горизонтальном направлении, а на вертикальные — исследуемое напряжение. Если, изменяя частоту пилообразного напряжения, добиться совпадения частоты последнего с частотой исследуемого напряжения или кратного отношения частот, то на экране будет наблюдаться неподвижное изображение исследуемого напряжения, которое можно анализировать и фотографировать.
Список рекомендуемой литературы:
1. Электротехника и электроника.
/ Книга 3 – Электрические измерения и основы электроники
// Под редакцией В. Г. Герасимова. М.: Энергоатомиздат, 1998.
2. Основы промышленной электроники./ Под редакцией В. Г. Герасимова. М.: Высшая школа, 1986.
3. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника./ М.: Высшая школа, 1991, 2004.
4. Забродин Ю. С. Промышленная электроника./ М.: Высшая школа, 1982.
УТВЕРЖДЕНО
Ученым советом МГУПИ
в качестве учебного пособия
предоставлено кафедрой
электротехника и электроника
ИС-7 МГУПИ,
Зав.кафедрой д.т.н.,
проф. Шат
Полупроводниковые материалы
Работа полупроводниковых приборов основана на использовании электрических свойств материалов, называемых полупроводниками.
По электропроводности полупроводники занимают про
P-n-переход и его свойства
В p-n-переходе концентрация основных носителей заряда в p- и n-областях могут быть равными или существенно различаться. В первом случае p-n-переход называется симметричным, во второ
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодомназывается прибор, который имеет два вывода (приставка "ди-" означает два) и содержит один p-n-переходов. Все полупроводниковые диоды можно раздел
Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих между собой р-n-перехода. Технология изготовления биполярных транзисторов может быть разл
Полевые транзисторы
Полевым транзисторомназывают полупроводниковый электропреобразовательный прибор, ток которого управляется электрическим полем и который предназначен для усиления электрической мощн
Тиристоры.
Тиристоры– это полупроводниковые приборы с тремя или более p-n-переходами, которые имеют два устойчивых состояния и применяются как мощные электродные ключи.
Тиристоры име
Интегральные схемы.
Микроэлектроника –это направление электроники, позволяющее с помощью комплекса технологических, конструктивных и схемотехнических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и
Параметры и характеристики усилителей
Основным параметром усилительного устройства является его коэффициент усиления.
В соответствии с разделением усилителей на усилители напряжения, тока и мощности различают:
Принцип работы усилителя
Усилительные устройства предназначены для усиления переменных сигналов и, в частности, синусоидальных сигналов, подаваемых на вход усилителя.
Наличие одного только усилительного элемента (
Эмиттерный повторитель
Малое Rвх и высокое Rвых сопротивления является недостатком УОЭ, не позволяющим к его входу подключать высокоомных источник входного сигнала и низкоомное нагрузочное устройств
Усилительный каскад на полевом транзисторе
Большое распространение получили усилительные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают значительно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каск
Истоковый повторитель
Усилительный каскад, аналогичный эмиттерному повторителю может быть построен на полевом транзисторе, называется каскад истоковым повторителем. Схема его приведена на рис.2.11.
Усилители мощности
Рассмотренные ранее усилительные каскады обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно выше мощности входных сигналов, однако, основным показателем работы этих каскадов яв
Многокаскадные усилители
Рассмотренные выше однокаскадные усилители имеют, как правило, коэффициент усиления порядка нескольких десятков или сотен единиц. Однако, в реальных устройствах промышленной электро
Усилитель постоянного тока
Для многих практических задач необходимо усиливать медленно изменяющиеся во времени электрические сигналы, являющиеся сигналами низкой частоты (в автоматике, системах управления и с
Обратные связи в усилителях
Конструирование различных электронных устройств на основе ОУ производится с использованием обратных связей. Обратной связью (ОС) называется передача части энергии выходного сигнала
Операционный усилитель
Операционный усилитель с отрицательной обратной связью наиболее часто применяется на практике (см. рис.2.21). Отрицательный характер ОС обусловлен подачей U1 на инвертирующий вход ОУ, та
Избирательный усилитель
Рассмотренные выше схемы усилителей предназначены для усиления входных сигналов в широкой полосе частот.
Генераторы электрических сигналов
Генераторы гармонических сигналов предназначены для преобразования энергии источника питания в энергию электрического сигнала синусоидальной формы требуемой частоты и мощности. На
Источники питания электронных устройств
Для работы различных электрических устройств необходимы источники электрической энергии (источники питания) постоянного напряжения. Преобразование переменного напря
Однополупериодный выпрямитель
Схема и временные диаграммынапряжений и токов однополупериодного выпрямителя приведены на рис.2.31. схема содержит Тр, в цепь вторичной обмотки которого включены последовательно, диод Д и сопротивл
Сглаживающие фильтры
Выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер и его нельзя непосредственно использовать для питания электронных устройств. Поэтому для уменьшения коэффициента пульсаций на входе выпрямителя п
Внешняя характеристика выпрямителя
Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем UН = ƒ(IН). Наличие такой зав
Стабилизаторы напряжения
Уменьшение напряжения нагрузки UН при изменении потребляемого тока IН (рис.2.35) или из-за изменения температуры является нежелательным явлением, т.к. снижают надежность работ
Амплитудой импульса А;
длительностью импульса tи обычно определяемой на уровне 0,1 А;
длительностью фронта импульса tф – временем нарастания импульса от 0,
Электронные ключи и простейшие формирователи импульсов
В состав многих импульсных устройств входят электронные ключи. Основу любого электронного ключа составляет активный элемент (полупроводниковый диод, транзистор, операционный
Импулсьный режим работы операционных усилителей
Интегральные операционные усилители (ОУ) находят широкое применение в импульсной технике. Передаточная характеристика ОУ имеет вид рис.3.15, соответствующий передаточной характерист
Триггеры
Одно из наиболее распространённых импульсных устройств, относящимся к базовым элементам цифровой техники, — триггер (от англ. trigger — спусковой крючок).
Триггером
Счетчики импульсов
Подсчёт числа импульсов является наиболее распространённоё операцией в устройствах цифровой обработки информации. Повышенный интерес к таким устройствам объясняется их высокой точно
Регистры, дешифраторы, мультиплексоры
Регистромназывают устройство, предназначенное для записи и хранения дискретного «слова» – двоичного числа или другой кодовой комбинации.
Регистр – один из основных элемент
Преобразователи (ЦАП и АЦП)
Поскольку информация на входах цифровых устройств обычно представляется в двоичном коде, а большинство исполнительных механизмов для автоматизированного управления технологическими
Основные сведения о микропроцессорах
История развития современных средств вычислительной техники насчитывает около 50 лет, однако, за этот период уже сменилось четыре поколения ЭВМ, существенно отличающихся друг от дру
Характеристики измерительных приборов
Основными являются диапазон измерений, чувствительность, порог чувствительности, потребляемая мощность, погрешности.
Диапазон измерений– область значений измеряемой величи
Системы электроизмерительных приборов
В приборах магнитоэлектрической системевращающий момент создается в результате взаимодействия постоянного магнита с проводником с током. Подвижной частью может быть рамка с током и
Условные обозначения на шкале приборов
При практическом применении приборов необходимо определить их пригодность к предстоящему измерению той или иной величины. Данные о приборе в виде условных обозначений указываются на их шкалах и при
Электронные приборы непосредственной оценки
Большое распространение, наряду с вышенаписанным, получили электронные приборы для измерения тока и напряжения. Рассмотрим основные принципы построения электронных вольтметров.
Методы построения приборов сравнения (компенсации)
В большой группе измерительных приборов реализуется метод сравнения измеряемой величины с ее мерой (мерой называется образец, представляющий собой техническое средство, служащее д
Измерение параметров электрических цепей
Основными параметрами электрических цепей являются: для цепи постоянного тока сопротивление R, для цепи переменного тока активное сопротивление
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
(штриховая линия).
поступает на вход сравнивающего устройства 
. На другой вход 
, однородная с измеряемой, которая сформирована в ЦАП. Сравнивающее устройство (компаратор) формирует сигнал 
и управляет работой ключа 
. При 
под действием сигнала 
на вход счетчика импульсов.
СУ вырабатывает сигнал 
, ключ отключает 
.
ключ 
),
,
- период следования импульсов на выходе генератора.
и анодов 
и 
формирует узкий электронный луч. Под действием электронов, падающих на экран, покрытый слоем люминофора, последний светится и на экране наблюдается светящаяся точка. Подавая на отклоняющие пластины напряжение, можно управлять положением луча. На горизонтально отклоняющие пластины 
Новости и инфо для студентов