Цифровые электронные измерительные приборы

Цифровые электронные измерительные приборы - это измерительные приборы, в которых входной измеряемый электрический сигнал преобразуется в дискретный электрический выходной сигнал и представляется в цифровой форме, удобной для непосредственного восприятия. Сигнал, подаваемый на вход цифрового прибора, является непрерывной (аналоговой) величиной, способной принимать на конечном интервале бесконечное множество значений. Дискретный сигнал, который формируется цифровым прибором, содержит информацию о числе импульсов напряжения и их взаимном расположении во времени. Совокупность таких импульсов, используемую для предоставления информации, называют кодом (цифровым кодом).

Цифровые измерительные приборы используют для измерений практически всех электрических величин. Их преимуществами перед аналоговыми электрическими приборами являются: удобство и объективность отсчета результата измерений, высокое быстродействие, определяемое отсутствием подвижных электромеханических элементов; высокая точность результата измерений и возможность полной автоматизации измерений. Цифровые вольтметры являются наиболее распространенными цифровыми измерительными приборами (рисунок 10).

Рис.10. Схемы цифрового вольтметра (а) и уравновешенного моста (б) постоянного тока: 1- входное устройство; 2- аналого-цифровой преобразователь; 3- дешифратор; 4- цифровое отсчетное устройство; 5- устройство управления; 6- электронный нуль-индикатор; 7- источник питания постоянного тока; R- набор известных сопротивлений

 

Вольтметр постоянного тока (рис. 10, а) работает следующим образом. Измеряемый сигнал напряжения постоянного тока поступает во входное устройство, где масштабируется, а затем подается в аналого-цифровой преобразователь, который преобразует аналоговый сигнал в электрический обычно двоично-десятичный код, который в дешифраторе преобразовывается в десятичный код. Сигналами дешифратора управляется цифровое отсчетное устройство, на котором информация о результате измерений представляется в десятичной системе исчисления, привычной для восприятия человеком.

Работа всех устройств цифрового вольтметра согласуется с помощью устройства управления. Входное устройство может содержать в своем составе помимо делителя напряжения электронный усилитель,

переключатель полярности, фильтры, устройство для автоматического выбора диапазона измерений.

Основная часть цифрового вольтметра - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который служит для квантования по уровню и кодирования аналоговой величины (обычно напряжения), поступающей на его вход. Принципом действия АЦП определяются все технические характеристики цифрового вольтметра. АЦП, а следовательно, и цифровые вольтметры классифицируют в зависимости от применяемого в них метода измерительного преобразования на АЦП прямого и уравновешивающего преобразования.

В свою очередь, АЦП прямого преобразования подразделяются на следующие виды:

АЦП параллельного преобразования - измеряемое напряжение преобразуется в код путем сравнения с набором опорных известных электрических напряжений;

АЦП частотно-импульсного преобразования - измеряемое напряжение преобразуется в последовательность электрических сигналов, частота которых определяется путем их подсчета за определенный известный интервал времени цифровым счетчиком;

АЦП время-импульсного преобразования - измеряемое напряжение преобразуется в интервал времени, длительность которого определяется путем заполнения этого интервала импульсами известной частоты и подсчета этих импульсов цифровым счетчиком.

АЦП уравновешивающего преобразования подразделяются на АЦП развертывающего преобразования - измеряемое напряжение сравнивается со значением образцового напряжения, изменяющегося дискретно (например, увеличивающегося одинаковыми ступенями) по жесткой программе в течение цикла измерений, до получения равенства этих напряжений, определенное при этом число ступеней преобразуется в код; АЦП следящего (или поразрядного) уравновешивания - измеряемое напряжение циклически сравнивается с суммой принятых в соответствии с используемым для преобразования кодом

значений известных напряжений, вырабатываемых цифроаналоговым преобразователем до получения равенства этих напряжений. Дешифраторы, используемые в цифровых вольтметрах, могут иметь различные схемотехнические решения, что определяется принципом действия и параметрами цифровых индикаторов. В цифровых вольтметрах применяют газоразрядные, электролюминесцентные, светодиодные и жидкокристаллические индикаторы. Информация в виде кода с выхода дешифратора может быть передана внешним устройствам (см. выход на рис. 10, а). Цифровые вольтметры постоянного тока имеют погрешность ±(0,002-1)%.