43. Автоматические приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Автоматическими измерительными приборами называются такие, в которых процесс измерения автоматизирован. Автоматические измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые.Все эти приборы подразделяют на прибор сравнения и прибор непосредственной оценки.У приборов первого типа величину, которую измеряют, отсчитывают по показанию предварительно отградуированного прибора. В приборах типа № 2, в процессе измерений производят прямые сравнения с эталонной мерой

44. Цифровые измерительные приборы. Теорема отсчетов, погрешности квантования.

Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации и дающий показания в цифровой форме, называется цифровым измерительным прибором. Принцип дискретизации аналогового сигнала и его восстановления основан на теореме отсчетов академика В. А. Котельникова. При выполнении определенных условий, определяемых теоремой Котельникова, операции дискретизации и восстановления взаимно обратны. Если сигнал x_a(t) имеет ограниченный спектр x_a(jω), при этом x_a(jω) = 0 при |ω|> ω₀, то такой сигнал можно однозначно представить последовательностью выборок x(nT), n = 0, 1, 2,… при T= 2π/ ω_д, где ωд = 2π f_д ≥ 2 ω₀.

При этомоткуда следует, что сигнал x_a(t) можно получить, если пропустить последовательность x(nT) через идеальный (физически не реализуемый) аналоговый фильтр нижних частот с частотой среза ω_с = π/T и с амплитудно-частотной характеристикой |K(jω)|=T в полосе пропускания. Спектр последовательности x(nT), полученной в результате дискретизации x_a(t) с частотой ω_д = 2π/T равен сумме спектров сигнала x_a(t), смещенных по оси частот на все возможные значения частоты кратные частоте дискретизации. Как было рассмотрено ранее, цифровой сигнал представляет собой квантованный по уровню дискретный сигнал. Отличительной особенностью дискретизации по уровню является замена значений дискретного сигнала дискретной шкалой h1, h2,…, hN. При этом разность между уровнями кратна некоторому фиксированному значению, называемому шагом квантования Δ. Каждому уровню квантования дискретного сигнала ставится в соответствие определенный код, т. е. уровни квантования связываются с числами в выбранной системе счисления При представлении отсчетов сигнала в виде чисел с ограниченной разрядностью неизбежно происходит их округление. Разность между исходным и округленным значениями сигнала называется шумом квантования или погрешностью квантования. Пусть квантованию подвергается гармонический сигнал с амплитудой А. Тогда число уровней квантования, укладывающихся в размахе сигнала определяется, как N=2А/Δ. В общем случае количество уровней квантования может быть определено выражением, где и – верхняя и нижняя границы диапазона изменения сигнала соответственно. Чем меньше Δ, тем меньше получаемая ошибка – шум квантования,где – результат квантования сигнала

45. Цифровые измерительные приборы. Принцип кодирования отсчетов.

Сущность цифровой обработки состоит в том, что физический сигнал (напряжение, ток и т. д.) преобразуется в последовательность чисел, которая затем подвергается математическим преобразованиям в вычислительном устройстве. Трансформированный цифровой сигнал (последовательность чисел) при необходимости может быть преобразован обратно в напряжение или ток.Любой непрерывный сигнал, ограниченный некоторыми предельными значениями, может быть дискретизирован по времени и по уровню (квантован). Дискретизация – физическая операция преобразования непрерывной по времени величины в дискретную, при которой сохраняются ее мгновенные моменты времени (моменты дискретизации).Квантование – физическая операция преобразования непрерывной по уровню величины в дискретную (квант), т.е. замена ее мгновенных значений цифровым кодом определенной разрядности.Цифровой сигнал представляет собой квантованный по уровню дискретный сигнал. Отличительной особенностью дискретизации по уровню является замена значений дискретного сигнала дискретной шкалой h1, h2,…, hn. При этом разность между уровнями кратна некоторому фиксированному значению, называемому шагом квантования δ. Каждому уровню квантования дискретного сигнала ставится в соответствие определенный код, т. Е. Уровни квантования связываются с числами в выбранной системе счисления. Одна из наиболее часто используемых в технике является двоичная система счисления. Кроме того, в вычислительной технике широко используется восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления, так как 8 и 16 являются степенями числа 2. Используемые при кодировании числа могут иметь разные формы представления (с фиксированной или плавающей запятой). Числа могут быть положительными или отрицательными. В технике, как правило, используются числа с ограниченным количеством разрядов. Достаточно часто используется целочисленное кодирование уровней квантования сигнала.

46. Классификация цифровых измерительных устройств. Метод последовательного счета. Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации и дающий показания в цифровой форме, называется цифровым измерительным прибором. Аналого-цифровое преобразование сигнала предполагает его замену некоторыми квантованными значениями, а также образование кода уровня квантования. При этом образование кода происходит, как правило, одновременно с преобразованием измеряемой величины в квантованную. В настоящее время широкое распространение получили три метода аналого-цифрового преобразования сигнала: метод последовательного счета, метод последовательного приближения, метод считывания. Метод последовательного счета. Данный метод использует последовательное во времени сравнение измеряемой величины x с известной квантованной величиной x_k, изменяющейся (возрастающей или убывающей) во времени скачком [31]. В данном случае считается, что измеряемая величина остается постоянной в течение времени измерения t_и. Каждый скачек величины x_k соответствует шагу квантования по уровню (см. рис. 4.6). В процессе сравнения образуется цифровой код, соответствующий номеру отождествляемого уровня квантования.