Вимірювання електричних величин цифровими приладами

10.1. Загальні поняття про цифрові вимірювальні прилади

Цифровими вимірювальними приладами (ЦВП) називаються прилади, які автоматично виробляють дискретні сигнали вимірюваної інформації, тобто покази яких подаються у цифровій формі. Вхідні величини у цифрових, як і в аналогових вимі­рювальних приладах є неперервними. Основна відмінність між аналоговими і цифровими вимірювальними приладами полягає в індикації вимірюваної інформації. В аналогових вимірювальних придадах результати вимірювання можуть приймати якомога близькі один до одного значення, а у цифрових приладах результати вимірювань можуть приймати тільки фіксовані значення, найближчі з яких відрізняються на задану величину крок квантування.

Цифровий прилад має два обов'язкових функціональних вузла: аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), і цифровий індикатор (рис. 10.1). АЦП видає цифровий код відповідно із значенням виміряної величини, а індикатор відтворює значення виміряної величини у цифровій формі.

Крім АЦП, до цифрових перетворювачів відносяться цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), які призначені для виконання зворотньої (оберненої) АЦП операції, тобто для перетворення цифрового коду в аналогову величину. АЦП і ЦАП застосо­вуються також у вимірювальних, інформаційних, керуючих системах відслідковування і діагностики об'єкту, тому виго­товляються промисловістю у вигляді автономних пристроїв. Дискретність результатів вимірювання у ЦВП викликана тим, що вхідні сигнали квантуються. Відоме квантування двох видів: за рівнем і по часу.

10.2. Цифрові вимірювальні прилади з квантуванням за рівнем

При квантуванні за рівнем весь діапазон вимірювання вхідної величини розбивається на ряд рівнів і значення вхідної величини приймаються рівними до ближчого рівня. Суть квантування за рівнем пояснюється на рис. 10.2, де вказано, що безперервній вхідній величині X ставиться у відповідність дискретна величина Y.

Функціональна схема ЦВП, що реалізує квантування за рівнем, показана на рис. 10.3. Величина X, що виміряється надходить на вхід порівняльного пристрою ПП. На інший вхід ПП подається величина порівняння Х_К. однорідна із вимірюваною величиною, і є сформованою в ЦАП. Порівнюючий пристрій (компаратор) формує сигнал Z і керує роботою ключа К. При Х > Х_к під дією сигналу Z ключ замикається і пропускає імпульси з виходу генератора імпульсів ГІ на вхід лічильника імпульсів. Лічильник імпульсів перетворює кількість імпульсів у цифровий код, який керує роботою ЦАП. Поки Х>Х_к код на вході лічильника зростає і збільшується X_к. При Х<Х_к ПП виробляє сигнал Z<0, ключ відключає ГІ, імпульси більше не надходять на лічильник, код і Х_к не змінюються. За допомогою цифрового індикатора ЦІ результат вимірювання подається оператору. На цьому процес вимірювання закінчений. Для наступного вимірювання необхідно повернути лічильник і ЦАП у нульовий стан за допомогою керуючого пристрою КП або вручну натисненням кнопки. Після цього прилад готовий до наступного вимірювання.

ЦВП з квантуванням за рівнем широко застосовуються для вимірювання постійних і змінних напруг, опорів, частоти, неелектричних величин. Прикладом ЦВП може бути вольтметр для вимірювання постійних напруг типу Щ 1312 з діапазоном вимірювання ІмВ—500 В з основною похибкою ±0,15%, часом одного вимірювання 20 мс. Для цього приладу виготовляється приставка П 1312 для вимірювання малих напруг у колах постійного і змінного струмів, опорів постійного струму і значень постійного струму.