Лекция 7
Цифровые измерительные приборы
Определение: цифровые измерительные приборы (ЦИП) – это средство измерения в котором измеряемая аналоговая величина автоматически в результате цифровой обработки преобразуется в код с выводом информации на цифровое отсчетное устройство (ЦОУ).
Достоинства ЦИП:
объективность отсчета,
высокая точность измерения (до 0,005%),
широкий диапазон измеряемых значений напряжений,
большое входное сопротивление,
индикация результатов измерений в цифровой форме,
возможность автоматического выбора пределов измерений,
возможность вывода информации на цифропечать,
возможность совместной работы с ЭВМ,
возможность автоматического введения поправки, установки нуля и калибровки,
возможность использования в схеме прибора микропроцессора для обработки результатов многократных измерений.
Обобщенная блок-схема цифрового измерительного прибора.
Блок-схема ЦИП, представленная на рис.7.1. состоит из:
измерительного преобразователя (ИПр), преобразующего аналоговую измеряемую величину х любой физической природы в аналоговую величину y, удобную для цифрового кодирования (информативные сигналы): напряжение U, ток I, частоту f, сдвиг фаз , и интервал времени t;
аналого – цифрового преобразователя (АЦП), который после квантования, дискретизации и кодирования преобразует информацию в код N;
преобразователя код-код ПКК1, преобразующего код N в двоичный код N2/10, поступающий на ЦОУ;
преобразователя код-код ПКК2, преобразующего код N в двоичный код N2 , поступающий на ЭВМ.
Квантование и дискретизация измеряемых величин.
Квантование
– это разделение измеряемой величины
х на ступени квантования
х
(рис.7.2). При
х
= Const
измеряемая величина определяется
ближайшим уровнем квантования хк
Xk = Nk х ,
где, Nk – число ступеней квантования.
При х = Const шаг квантования представляет собой абсолютную погрешность квантования.
Дискретизация
– это представление непрерывной функции
x
=F(t)
рядом ее мгновенных значений хк
через интервалы времени
t
(рис. 7.3). Шаг дискретизации
t
может быть постоянным (
t
= Const)
и переменным (
t
= Var).
При медленном изменении x(t)
принимают
, при быстром изменении x(t)
шаг квантования
).
Рис.7.3
На рис.7.4 представлен график одновременного использования квантования и дискретизации исследуемого сигнала x(t).
Рис. 7.4
Системы счисления и коды.
Системой счисления называется метод представления информации при помощи символов, а ее количественное значение выражается числами, состоящих из группы символов.
Системы счисления подразделяются на непозиционные и позиционные.
В непозиционных системах счисления числовое значение символов не зависит от места его в числе, а в позиционных – зависит от его места в числе.
В измерительной технике используется следующие системы счисления: единичная, десятичная, двоичная и двоично-десятичная:
единичная система, в которой любое целое число N можно выразить в следующем виде
=
1,
например, число 6 изображается N1 = 111111,
десятичная система, в которой любое целое число N можно выразить в следующем виде
=
ai
10 i-1
где ai – символы (цифры), 0,1,2……9 (все 10 символов),
i – порядковый номер разряда,
n – число десятичных разрядов.
Например, число 508 (n=3) можно выразить в следующей форме
N10 = 5*103-1 +0*102-1+ 8*101-1 =508 (запись символов),
двоичная система счисления. В общем виде можно записать
=
2
i-1
,
где ai – символы, 0,1 (два символа),
i – порядковый номер разряда,
n - число двоичных разрядов.