18. Цифровые измерительные приборы

19. Цифровые вольтметры постоянного и переменного тока. Комбинированные цифровые приборы (мультиметры).

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра приведена на рис.8.10.Схема состоит из входного устройства, АЦП, цифрового отсчетного устройства и управляющего устройства.

 Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах пере­менного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный.

АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый циф­ровом кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущ­ность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в ацп цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством.

Цифровое отсчетное устройство измерительного прибора регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет и управляет всеми узлами вольтметра.

По типу АЦП цифровые вольтметры могут быть разделены на четыре ос­новные группы:            

• кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием);

• времяимпульсные;

• частотно-импульсные;

• пространственного кодирования.

В настоящее время цифровые вольтметры строятся чаще на основе кодо-импульсного и времяимпульсного преобразования.

АЦП вольтметров преобразуют сигнал постоянного тока в цифровой код, поэтому и цифровые вольтметры также считаются приборами постоянного тока. Для измерения напряжения переменного тока на входе вольтметра ста­вится преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, чаще всего это детектор средневыпрямленного значения.

Проанализируем основные технические характеристики среднестатисти­ческого цифрового вольтметра постоянного тока:

• диапазон измерения: 100 мВ, 1 В, 10 В, 100 В, 1000 В;

• порог чувствительности (уровень квантования амплитуды напряжения или единица дискретности) на диапазоне напряжения в 100 мВ может быть 1мВ, 10ОмкВ, 10мкВ;

• количество знаков (длина цифровой шкалы) — отношение максималь­ной измеряемой величины на этом диапазоне к минимальной; например:

диапазону измерения 100 мВ при уровне квантования 10 мкВ соответствует 104 знаков;

• входное сопротивление электрической схемы — очень высокое, обычно более 100 МОм;

• помехозащищенность — так как цифровые вольтметры обладают высо­кой чувствительностью, очень важно обеспечить хорошую помехозащищен­ность.

20. Регистрирующие приборы. Общие сведения, назначение и классификация. Методы регистрации. Разновидности регистрирующих устройств и лентопротяжных механизмов. Самопищущие приборы

Для записи величин, изменяющихся во времени, широко применяют электромеханические регистрирующие приборы - самопишущие электроизмерительные приборы и светолучевые осциллографы.

Регистрирующие приборы имеют следующую структуру:

 BW 

  ИЦ - измерительная цепь,

ИМ - измерительный механизм,

РУ - регистрирующее устройство,

ОУ - отсчетное устройство.

Назначение ИЦ в том, чтобы преобразовать входную величину  в  , непосредственно воздействующую на ИМ.

РУ – включает в себя регистрирующий орган, носитель, механизм для перемещения носителя.

Регистрирующие приборы построены по разомкнутой схеме регулирования. В них ИМ непосредственно перемещает регистрирующий орган, используя для этого энергию входного сигнала, поэтому они потребляют значительную мощность, и имеют низкую чувствительность. Получили распространение регистрирующие вольтметры, амперметры, ваттметры, фазометры, частотомеры, в них используются магнитоэлектрические, электромагнитные и ферродинамические измерительные механизмы.

Регистрирующие электромеханические приборы предназначены для регистраций медленно изменяющихся величин (до 1 Гц).

Все регистрирующие устройства можно разделить на два вида:

· Устройства с регистрацией информации в визуальной форме.

· Устройства с регистрацией информации в электронном (безбумажном виде)

И то и другое устройство может быть цифровым или аналоговым.

Если носителем является бумага с сеткой, то приборы называются самопишущими

Бумажные диаграммы обычно имеют форму ленты или диска и снабжены градуировочной сеткой, которую выполняют в прямоугольной или полярной системе координат.

На смену рулонной упаковке приходит упаковка в пачки, где лента уложена в виде “гармошки”.

Существуют методы регистрации путем снятия слоя вещества носителя. В этом случае регистрирующий орган выполняется в виде стальной иглы, резца, стержня, нагретого током. В качестве носителя используется бумага, покрытая слоем сажи, воска или лака.

Методы регистрации изменением состояния вещества носителя представляют собой большую группу различных вариантов. Их разновидности:

-Термический метод осуществляется путем теплового воздействия электрически нагретого элемента (теплового пера) на поверхностный слой теплочувствительной бумаги. При расплавлении поверхностного слоя на нем остается след от движения теплового пера в виде четкой темной линии. Используется запись на металлизированной бумаге.

Проводником тока служит металлизированная бумага. Под действием тока металл подъэлектродом плавится, и частично выгорает, в результате чего на поверхности носителя появляется темный след движения

Фотографическая запись применяется в осциллографах.