М
2264
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
(СамГУПС)
Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»
Цифровые измерительные приборы для измерения электрических напряжений, частоты и фазы сигналов
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»
для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь
на железнодорожном транспорте» очной и заочной форм обучения
Составители: В.Ю. Новиков
А.С. Белоногов
Н.С. Шорохов
Самара
2008
УДК 621.317
Цифровые измерительные прибры для измерения электрических напряжений, частоты и фазы сигналов : методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» / cоставители : В.Ю. Новиков, А.С. Белоногов, Н.С. Шорохов. – Самара : СамГУПС, 2008 – 16 с.
Утверждены на заседании кафедры « 18 » ноября 2008 года, протокол №3.
Печатаются по решению редакционно – издательского совета университета.
Данные методические указания составлены с учетом современных требований к проведению лабораторных занятий по дисциплине «Основы метрологии, стандартизации и сертификации» по методике, сочетающей семинарские или самостоятельные занятия с практикумом. Органическое сочетание этих двух видов занятий является одним из эффективных способов углубления и расширения у студентов практического опыта и знаний при выполнении цифровых измерений. Успешная работа по данной методике требует предварительной подготовки к лабораторным занятиям, заключающейся в усвоении физических принципов работы стандартных цифровых приборов и их узлов.
Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения.
Составители: д.т.н., профессор В.Ю. Новиков
к.т.н., доцент А.С. Белоногов
к.т.н., доцент Н.С. Шорохов
Рецензенты: зав.кафедрой «МАП» СамГУПС, д.т.н., профессор О.А. Кацюба;
зав.кафедрой «АТС» СамГУПС, к.т.н., профессор В.Б. Гуменников
Компьютерная верстка: Е.А. Самсонова
Подписано в печать 29.12.2008. Формат 60×90 1/16.
Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. печ. л. 1,0.
Тираж 100 экз. Заказ № 251.
Самарский государственный университет путей сообщения, 2008
1. Общие понятия и определения. Цифровые измерительные приборы для измерения электрических напряжений, частоты и фазы сигналов
В современных технологических процессах, на транспорте, в научных исследованиях, в сельском хозяйстве, медицинской технике, в быту большое распространение получили цифровые приборы (ЦИП), основными из которых являются вольтметры и частотомеры (периодомеры). С общих позиций цифровым измерительным прибором называют измерительный прибор, показания которого представляются именованным десятичным числом, отображающимся дискретным во времени значением измеряемой величины, квантуемой по уровню. Известно, что измеряемая физическая величина может быть представлена в непрерывной и в дискретной формах.
Под непрерывной формой представления физической величины понимают такую ее величину, которая в заданных диапазоне D и интервале времени Т при бесконечно большом числе моментов отсчета может иметь бесконечное множество значений. Практически измеряемая величина может быть непрерывной только по уровню (а) или только по времени (б) (рис. 1).
а) б)
Рис. 1. Измеряемая величина непрерывная:
а – по уровню; б – во времени
Непрерывная по уровню величина в заданном диапазоне D изменений, имеющая бесконечное множество значений при каждом фиксируемом моменте отсчета, называется дискретизированной (т.е. прерывной во времени), значения которой отличны одно от другого только в определенные моменты времени, отличающиеся на величину t.
Непрерывная во времени величина в заданном диапазоне D измерений, имеющая конечное число значений, отличающиеся одно от другого на величину х, называется квантованной (т.е. прерывной по значению). Величины t и х называют шагами дискретизации и квантования, соответственно.
Таким образом, под дискретизацией понимают преобразование непрерывной во времени величины в прерывную при сохранении ее мгновенных значений только в детерминированные моменты времени (моменты дискретизации); при этом квантование – это преобразование непрерывной величины в прерывную путем замены ее мгновенных значений ближайшими фиксированными, которые образуют по определенному закону с помощью мер.
Необходимо отметить, что при дискретизации и квантовании непрерывной величины всегда теряется часть информации о ней, но каждое значение дискретизированной величины строго соответствует моменту дискретизации, а получаемое в результате квантования значение всегда известно с точностью, определяемой погрешностью меры и величиной шага квантования. Обобщая вышеизложенное, заметим: при цифровом измерении физической величины определение числового значения результата измерения осуществляют путем преобразования непрерывного по уровню или во времени ее значения в эквивалент цифрового представления, т. е. в цифровой код. При этом под термином «цифровой код» понимают число, выраженное в определенной системе счисления. Автоматизм преобразования измеряемой величины в цифровой код является определяющим признаком цифровых измерительных приборов. На этом основании приборы, в которых результат измерения хотя и выводится на цифровое отсчетное устройство, но образуется за счет ручных операций, к цифровым не относят.