8.2 Сандық өлшеу аспаптары жөнінде жалпы мағлұматтар
Негізгі түсініктемелері мен анықтамалары. Казіргі уақытта сандық өлшеу аспаптары (СӨА) кеңінен қолданылады, оның аналогты электр өлшегіш аспаптарымен салыстырғанда, бірқатар ерекшеліктері бар. Сандық-деп көрсеткіштері сан түрінде берілетін, өлшеу ақпараттарының дискретті сигналдарын автоматты түрде өңдейтін аспаптарды айтамыз.
Сандық аспаптарға сәйкес код – шартты сигналдардың сериясы (әдетте электрлі) немесе СӨА элементтерінің күйі немесе жағдайларының комбинациясы. Код сандық тіркеу құрылғысына, есептеу машинасына немесе басқа да автоматты құралдарға берілуі мүмкін.
Сандық өлшеу аспабының жалпы құрылымдық схемасы. Сандық аспаптар – бұл әрекет принциптері өлшенетін немесе оған пропорционалды шаманы кванттауға негізделген аспаптар. Мұндай аспаптардың көрсеткіштері сан түрінде берілген. Кванттау операциясының болуы сандық аспаптарда аналогты аспптармен салыстырғанда метрологиялық сипаттамаларды таңдап алу, талдау, жазу және мөлшерлеудің әртүрлі әдістерін тудыратын өзіне тән қасиеттердің пайда болуына әкеледі.
Сандық өлшеу аспабының құрылымдық схемасы 8.3-суретте көрсетілген.
Өлшенетін Х физикалық шама КПП түрлендіру коэффициенті бар алғашқы өлшеу түрлендіргішіне (ӨТ) әсер етеді. Ол Х шамасын негізінен оның орнына кернеу пайдаланылатын электр сигналына түрлендіреді. Қарастырылған жағдайда u=KППХ. Бұл кернеу өз кезегінде сандық аспаптың өлшеу шектерін өзгертуге қажетті масштабты өлшеу аспабына (МА) түседі. Ол өлшеу диапазонының әртүрлі сандарын қабылдай алады: 1 ден NП-ге дейін. Өлшенетін Х шамасының өзгеру диапазоны NП ішкідиапазондарға бөлінеді: : Х1 min, … , X1 max; X2 min, … , X2 max; … ; XNпmin, … , XNпmax, мұндағы Хi min, … , Xi max – і-нші өлшеу диапазонының минималды және масималды нүктелері.
Өлшеу диапазондарының ішінен негізгісі және қосымшасы таңдап алынады. Негізгі деп өлшенетін шама аспаптың кірісінен САА(АЦП)-тың кірісіне дейінгі аспаптың кірісіне дейін жолындағы түрленудің ең кіші санына шыдайтын диапазонын айтады. Қалған барлық диапазондар қосымша болып саналады. Тәжірибеде негізгі диапазонды көрсетілген белгілер бойынша көрсету мүмкін емес жағдайлар туады. Бұл жағдайда негізгісі ретінде ең кіші шектегі қателіктері бар диапазон таңдап алынады немесе келісім бойынша орнатылады.
Масштабты түрлендіргіш кіріс кернеуді берілген Кі рет (і=1,2,...,NП) санға оның шығысындағы uH сигналы нормаланған болу үшін, яғни оның мәндері берілген шектеуде болу үшін өзгертеді (көбейтеді немесе азайтады). Ереже бойынша, мөлшерленген кернеудің өзгеру шектерін АСА-тың кіріс сигналының өзгеруінің мүмкінді диапазонының үлкен бөлігімен өлшенетін сигналдың барлық мүмкін мәндерінде сәйкестендіруге тырысады. Бұл АСА енгізген қателіктерді азайтуға мүмкіндік береді.
Мөлшерленеен uH = KiKППX кернеу АСА-да RАЦП разрядты сандық кодқа түрленеді. АСА-да uH кіріс сигналының анықталған, бірге фиксирлеіп есептелген өзгеру диапазонына орындалады.
Сандық аспаптың маңызды сипаттамасы болып аналогты өлшенетін шаманы АСА-да қолданылатын өзінің сандық эквивалентіне түрлендіру әдісі саналады. Сандық өлшеу аспабының әрекет принципін оның құрамына кіретін АСА әрекет принципімен теңестіру қабылданған. Қазіргі уақытта СИ-де әртүрлі түрлендіру әдістері өңделіген және қолданылады. Олардың негізгілеріне разрядты теңестіру (тізбектей жақындасу әдісі), екілі интегралдау және кернеуді жиілікке түрлендіру әдістері жатады.
АСА-тың метрологиялық қасиеттері толығымен АСА-ның номиналды квантталу сатысына тәуелді, ол мынаған тең
мұндағы Nmax, Nmin - АСА-ның кіріс кодының максималды және минималды мәндері; uH(Nmax), uH(Nmin) – Nmax мен Nmin сәйкес АСА кіріс кернеуінің мәндері.
АСА-ның түрлендіру теңдеуі жалпы жағдайды мына түрде беріледі
N = int(uH/q) = int[(KППKiX)/q].
Алынған екілік сандық коды кодтарды түрлендіргішке (КТ) түседі. Ол АСА-ның шығысындағы сандық кодын сандық есептеу құрылғысымен (ЕҚ) “түсінікті” кодқа түрлендіру үшін қажет. Тәжірибеде ең жиі қолданылатыны екілік кодты екілік-ондық кодқа түрлендіру жатады. Бұл сынылған түрде берілетін сандар, сондықтан әрі қарай кодтарды N арқылы белгілейміз.
Сандық ЕҚ сандық әртүрлі физикалық принциптерге негізделген табло, дисплейлер түрінде орындалады. Олар кодтарды адамға түсінікті болып келетін СИ көрсеткіштеріне түрлендіреді.