Цифровые измерительные приборы

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) — это многопре­дельные, универсальные приборы, предназначенные для измере­ния различных электрических величин: переменного и постоян­ного тока и напряжения, емкости, индуктивности, временных параметров сигнала (частоты, периода, длительности импульсов) и регистрации формы сигнала, его спектра и т.д.

В цифровых измерительных приборах входная измеряемая ана­логовая (непрерывная) величина автоматически преобразуется в соответствующую дискретную величину с последующим представ­лением результата измерения в цифровой форме.

По принципу действия и конструктивному исполнению циф­ровые приборы разделяют на электромеханические и электрон­ные. Электромеханические приборы имеют высокую точность, но малую скорость измерений. В электронных приборах используется современная база электроники.

Несмотря на схемные и конструктивные особенности, прин­цип построения цифровых приборов одинаков (рис. 12).

Измеряемая величина X поступает на входное устройство при­бора ВУ, где происходит масштабное преобразование. С входного устройства сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где аналоговый сигнал преобразуется в соответству­ющий код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве ЦОУ. Для получения всех управ­ляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления (УУ) (на рис. 12 не показано).

Входное устройство цифрового прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр для исключения помех.

В зависимости от принципа аналого-цифрового преобразования (АЦП) цифровые измерительные приборы разделяют на устройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешивающим преобразованием).

Основными элементами ЦИП являются триггеры (электронное устройство с двумя устойчивыми состояниями), дешифраторы (преобразователь кода с одним ос­нованием в код с другим основанием) и знаковые индикаторы (преобразователь электрического сигнала в световой). Несколь­ко знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устрой­ство. К наиболее важным характеристикам ЦИП относятся: раз­решающая способность, входное сопротивление, быстродействие, точность, помехозащищенность. Разрешающая способность ЦИП определяется изменением цифрового отсчета, приходящегося на единицу младшего разряда. Входное сопротивление ЦИП характе­ризует мощность, потребляемую им от объекта измерения. Быстро­действие ЦИП оценивается числом измерений в секунду. Точность измерений ЦИП отражает близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Класс точности ЦИП определя­ется пределом допускаемой относительной погрешности

где с и d — постоянные числа, характеризующие класс точности ЦИП соответственно в конце и начале диапазона; — конеч­ное значение диапазона. Класс точности обозначается в виде дроби c/d, например класс 0,02/0,01.

Помехоустойчивость ЦИП определяется степенью подавления помех на его входе и характеризуется коэффициентом подавления помех

где — амплитудное значение помехи на входе прибора; — эквивалентное входное постоянное напряжение, вызывающее та­кое же изменение показаний прибора, что и .

Т а б л и ц а 13 Технические характеристики типичного универсального ЦИП

Диапазон входных величин	20 мВ... 1кВ; 0,2 мА...2 А; 200МОм...10МОм
Абсолютная погрешность от верхнего предела измерений, %	0,001...0,5
Стабильность от верхнего предела измерений, %
за сутки	0,002
за 6 мес	0,008
Разрешение	10^-6
Время выполнения операции	2 мс... 1с
Входные характеристики:
сопротивление, МОм
емкость, пФ
частота (для переменного напряжения)	100 кГц...1 МГц

Достоинства: высокая чувствительность (по напряжению посто­янного тока 1 нВ, по напряжению переменного тока 1 мкВ, по постоянному току 1 нА, по переменному току 5 мкА, по сопротив­лению постоянному току 10 мкОм, по частоте от долей Гц). Высо­кая точность измерения (ЦИП подразделяют на восемь классов точности: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0). Удобство и объек­тивность отсчета и регистрации; возможность дистанционной пе­редачи результата измерения в виде кодовых сигналов без потери точности; возможность сочетания ЦИП с вычислительными ма­шинами и другими автоматическими устройствами, высокая поме­хозащищенность.

Недостатки: сложность устройств и, следовательно, высокая их стоимость, невысокая надежность.

Перспективы развития ЦИП: достигнутый уровень метрологи­ческих характеристик в целом удовлетворяет требованиям практи­ки и приближается к характеристикам соответствующих эталонов, поэтому основные усилия разработчиков направлены на повыше­ние надежности ЦИП и создание ЦИП с расширенными функци­ональными возможностями, обеспечивающих потребителю макси­мум эксплуатационных удобств, что естественно связано с широ­ким применением микроэлектроники и микропроцессорной тех­ники.

Микропроцессор — это устройство, предназначенное для вы­полнения вычислительных и логических функций в соответствии с поступающими командами и выполненное на БИС. В сочетании с другими устройствами: блоками памяти, устройствами ввода-вывода и управления (УУ) микропроцессор образует микроЭВМ, и ее технические возможности удовлетворяют большинство тре­бований, предъявленных со стороны ЦИП. МикроЭВМ осуще­ствляет функции управления работой ЦИП и обработку проме­жуточных и окончательных результатов. Высокая точность обеспе­чивается за счет использования микроЭВМ для автоматической коррекции погрешности (внесение поправок в результат каждого измерения — по аддитивной и мультипликативной составляющей). Повышение надежности ЦИП осуществляется в основном про­граммным путем.

Применение микропроцессорных систем в измерительной тех­нике повышает точность приборов, расширяет их возможности, упрощает управление процессом измерений, автоматизирует ка­либровку и поверку приборов, позволяет выполнять вычислитель­ные операции и создавать полностью автоматизированные при­боры с улучшенными метрологическими характеристиками.

Дата добавления: 2014-01-20