Измерительные цепи цифровых приборов

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) выдают результаты измерения в виде цифрового кода, например, в виде десятичных чисел. Эти приборы, в отличие от аналоговых, позволяют повысить точность и быстродействие, могут выдавать информацию непосредственно в ЭВМ, их элементы допускают высокую степень унификации и просты в производстве.

ЦИП по типу измерительных цепей делятся на приборы прямого преобразования, следящего уравновешивания и развертывающего уравновешивания [16].

Основными элементами и устройствами ЦИП являются: логические элементы; преобразователи аналог—код (ПАК); преобразователи код — аналог (ПКА); преобразователи код — код; преобразователи напряжение — частота (ПНЧ); счетчики импульсов (СИ); коммутаторы (КМ); ключи (Кл); генераторы временных интервалов или квантующих импульсов (ГИ); делители импульсов 1ДИ); формирователи импульсов (Ф); цифровые индикаторы (Уц) и др.

Измерительные цепи ЦИП прямого преобразования. Ряд цифровых измерительных приборов, таких как счетчики сигналов, вольтметры, частотомеры, хронометры, тахометры и фазометры, основаны на принципе прямого преобразования.

Цифровые приборы прямого преобразования применяются при измерении тех величин, которые преобразуются в код посредством преобразователей угол — код, перемещение — код, а также в интервал времени или частоту. В тех случаях, когда такие преобразования невозможны, применяют приборы уравновешивающего преобразования (или короче приборы уравновешивания), в которых в процессе измерения образцовая (или измеряемой) величина изменяется до совпадения с измеряемой (или образцовой) величиной и наоборот.

Измерительные цепи ЦИП уравновешивания. Цифровые приборы уравновешивания делятся на приборы следящего и развертывающего уравновешивания. Элементами этих приборов помимо рассмотренных ранее являются усилители некомпенсации (УН), реверсивные счетчики (РСИ), преобразователи код — аналог (ПКА) и обратные преобразователи (ОП).

В приборах следящего уравновешивания процесс измерения сводится к слежению за изменениями измеряемой величины. Если изменение величины х превышает ступень квантования , то на выходе прибора появляется дискретная величина, пропорциональная указанному изменению.

Цифровые приборы следящего уравновешивания имеют астатическую характеристику, что достигается включением в замкнутый контур интегрирующих элементов — двигателя (непрерывного или шагового) или реверсивного счетчика.

По характеру изменения компенсирующей величины х_к цифровые приборы делятся на приборы с плавным и со ступенчатым уравновешиванием.

Погрешности цифровых приборов уравновешивания складываются из погрешностей квантования , погрешности порога нечувствительности усилителя неравновесия и динамической погрешности , где — скорость изменения измеряемой величины и — время отработки одной ступени квантования. Суммарная относительная погрешность будет

где — номинальное значение измеряемой величины.

Выражение (3.87) справедливо для приборов следящего уравновешивания. В случае приборов развертывающего уравновешивания измерение происходит циклически через интервалы времени , поэтому динамическая погрешность принимает вид , а суммарная погрешность будет .

7.2.8. ОТОБРАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Измерительная информация, получаемая от исследуемого объекта посредством приборов, воспроизводится в системе отображения прибора в виде определенного кода. Вид кода определяется потребителем информации. Если информация используется оператором непосредственно, то она отображается: стрелкой, движущейся относительно шкалы; графиком, цифровым кодом (обычно десятичным); зрительным, слуховым или тактильным образом и т.д. При записи информации, выдаваемой прибором, используются аналоговые сигналы или двоичный код. Если информация подается измерительной информации оператором.

Человек, наблюдая показания прибора, имеет дело не с самим исследуемым процессом, а с его информационной моделью [4]. В одних случаях эта модель достаточно проста и отображается числом, одномерной функцией или графиком. Информационная модель — звено, посредством которого осуществляется связь человека с исследуемой системой.

В простейших приборах системы отображения реализуются в виде положения указателя на шкале прибора. Шкалы бывают линейные, круговые, профильные. Нередко на шкалах кроме оцифровки размещают дополнительные знаки для обозначения недопустимых режимов в исследуемых объектах и др. При исследовании быстро меняющихся процессов системы отображения выполняют в виде экранов на электронно-лучевой трубке. На таких экранах можно воспроизводить исследуемые процессы как функции времени и другие функциональные зависимости и связи. Воспроизводятся также системы координат, масштабы и различные ограничения.

Широкое применение находят изобразительные системы отображения, в которых знаки, фигуры и картины ассоциируются с исследуемым процессом. Информационные модели процессов, воспроизводимые изобразительными системами, легко расшифровываются оператором. Наибольшие трудности возникают при создании систем отображения плоских или пространственных образов. Чаще всего пространственные образы отображаются в виде проекций на одну или несколько плоскостей.