Тема 6 цифрові вимірювальні прилади
6.1 Основні ознаки цифрових вимірювальних приладів (ЦВП)
6.2 Принципи перетворення неперервних величин у код
6.3 Узагальнена схема ЦВП
6.4 Основні вузли та елемента база ЦВП
6.5 Класифікаційні ознаки та класифікація ЦВП
6.1 Основні ознаки цифрових вимірювальних приладів (цвп)
Цифрові засоби вимірювальної техніки виникли через потреби практики в підвищенні точності, швидкодії і чутливості ЗВТ. Цифрові засоби охоплюють всі вимірювані в промисловості та наукових дослідженнях фізичні величини. В цифрових приладах з метою уніфікації елементної бази та забезпечення зручності в користуванні фізичним носієм вимірювальної інформації застосовані електричні сигнали, а саме, напруга постійного струму. Такі сигнали мають незаперечні переваги над рештою сигналів, а саме: універсальність, дистанційність, наявність добре розроблених методів та засобів опрацювання, можливість реєстрації швидкоплинних процесів, простота узгодження із засобами цифрової обчислювальної техніки.
З погляду функціонального призначення цифрові засоби вимірювальної техніки поділяють на аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), цифрові вимірювальні прилади та цифрові вимірювальні системи.
Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – це вимірювальний перетворювач, який призначений для автоматичного перетворення неперервної вимірюваної величини аналогового сигналу в пропорційну їй дискретну величину, яка зображена цифровим кодом.
Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) – це вимірювальний перетворювач, який призначений для перетворення цифрового коду в аналогову величину.
Цифровими вимірювальними приладами (ЦВП) є такі прилади, в яких під час вимірювання здійснюється автоматичне перетворення неперервної вимірюваної величини в дискретну з подальшою індикацією результату вимірювання у цифровій формі.
Цифровими вимірювальними системами (ЦВС) є сукупність вимірювальних каналів, вимірювальних пристроїв та інших технічних засобів, об’єднаних для створення та аналізу сигналів цифрової вимірювальної інформації про декілька одно- чи різнорідних вимірюваних величин та інших видів інформації.
Інтерфейс – це сукупність технічних і програмних засобів, правил (протоколів) для одно- або ж двостороннього обміну інформації між цифровими засобами. Через інтерфейс забезпечується зв'язок між із зовнішніми цифровими пристроями – ЕОМ, цифровими друкарками, засобами відображення вимірювальної інформації та пам’яттю.
Границю допустимої відносної похибки ЦВП визначають за формулою
, (6.1)
де с/d – коефіцієнти, якими визначається клас точності ЦВП;
хк, х – границя вимірювання та показ ЦВП відповідно.
Важливою характеристикою ЦВП є їх швидкодія – це кількість вимірювань (для АЦП – перетворень) за одну секунду або час одного вимірювання (перетворення). Швидкодія ЦВП визначається здатністю оператора відраховувати покази, що змінюються. Враховуючи інерційність людського зору, недоцільно створювати ЦВП із швидкодією більш, ніж 10-12 вимірювань за секунду.
Основними перевагами ЦВП є:
- висока швидкодія – до сотень мільйонів вимірювань в секунду, через що об’єктивно необхідно використовувати засоби обчислювальної техніки для опрацювання результатів вимірювань;
- висока точність, яка може наближатись до точності робочих еталонів одиниць фізичних величин;
- відсутність суб’єктивних складових похибки відліку, наявність яких лімітує максимально можливу точність аналогових приладів;
- наявність колового сигналу є зручним для його опрацювання, запам’ятовування, реєстрації і передавання на великі відстані без похибок та з коригуванням збоїв;
- можливість зменшення складових похибки вимірювального кола;
- можливість забезпечення високої завадостійкості перетворення аналог-код за допомогою цифрової фільтрації результатів перетворень;
- можливість визначення статистичних параметрів вимірюваних процесів на основі програмної реалізації відомих теоретичних математичних залежностей.
Недоліком ЦВП є певні незручності для оператора у порівнянні заданого показу з межами вимірювання. Слід відзначити, що аналогову інформацію оператор оцінює миттєво, а цифрову – необхідно запам’ятовувати та зіставляти з границями вимірювання. При цьому зростає час зчитування та ймовірність помилок, що й стало основною причиною для використання аналогових засобів вимірювань на диспетчерських пультах складних технічних об’єктів, наприклад, електростанцій.