Цифровые измерительные приборы

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) – многопредель- ные, универсальные приборы, предназначенные для измерения различных электрических величин: переменного и постоянного тока и напряжения, емкости, индуктивности, временных пара- метров сигнала (частоты, периода, длительности импульсов) и регистрации формы сигнала, его спектра и т.д.

В цифровых измерительных приборах осуществляется авто- матическое преобразование входной измеряемой аналоговой (не- прерывной) величины в соответствующую дискретную величину с последующим представлением результата измерения в цифро- вой форме.

По принципу действия и конструктивному исполнению циф- ровые приборы подразделяются на электромеханические и элек- тронные. Электромеханические приборы имеют высокую точ- ность, но малуюскоростьизмерений

В электронных приборах используется современная база элек- троники. Несмотря на схемные и конструктивные особенности принцип построения цифровых приборов одинаков.

Измеряемая величина Х поступает на входное устройство прибора, где происходит масштабное преобразование. С входно- го устройства сигнал поступает на аналого-цифровой преобразо- ватель (АЦП), где аналоговый сигнал преобразуется в соответ- ствующий код который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ). Для получения всех управляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления (УУ).

Входное устройство цифрового прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр дляисключения помех.

В зависимости от принципа аналого-цифрового преобразова- ния (АЦП) цифровые измерительные приборы подразделяются на устройства прямого преобразования и компенсационные (с урав- новешивающим преобразованием).

Основными элементами цифровыхизмерительныхприборов являются триггеры, дешифраторы и знаковые индикаторы. Не- сколько знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устройство.

К наиболее важным характеристикам ЦИП относятся: разре- шающая способность,входноесопротивление, быстродействие, точность измерений, помехозащищенность.

Разрешающая способность ЦИП определяется изменением цифрового отсчета, приходящегося на единицу младшего разря- да.

Входное сопротивление ЦИП характеризует мощность, по- требляемую им от объекта измерения.

Быстродействие ЦИП оценивается числом измерений в се- кунду. Точность измерений ЦИП отражает близость их результа- тов к истинному значению измеряемой величины. Класс точно- сти ЦИП определяется пределом допускаемой относительной по- грешности:

^{ }X_k ^

_ОТН _c d_^_X

1_^_,

^{ }

^

где с и d – постоянные числа, характеризующие класс точности ЦИП соответственно в конце и в начале диапазона; Х_к – конечное значение диапазона. Класс точности обозначается в виде дроби c/d например класс 0,02/0,01.

Помехоустойчивость ЦИП характеризует степень подавления помех на его входе. Количественно помехоустойчивость ЦИП характеризуется коэффициентом подавления помех:



ПОМ ^

^,

^U0 

где Е_ПOM – амплитудное значение помехи на входе прибора; U₀ – эквивалентное входное постоянное напряжение, вызывающее такое же изменение показаний прибора, что иЕ_ПOM.

Д о с т о и н с т в а : высокая чувствительность (по напряжению постоянного тока 1 нВ, по напряжению переменного тока 1 мкВ. постоянному току 1 нА, по переменному¹ току 5 мкА, по сопро-

тивлению постоянному току 10 мкОм, по частоте от долей Гц). Высокая точность измерения (ЦИП подразделяются на восемь классов точности: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0). Удоб- ство иобъективностьотсчета и регистрации; возможность ди- станционной передачи результата измерения в виде кодовых сиг- налов без потери точности; возможность сочетания ЦИП с вы- числительными машинами и высокая помехозащищенность;

Н е д о с т а т к и : сложность устройств и, следовательно, высо- кая их стоимость и невысокая надежность.

П е р с п е к т и в ы развития ЦИП: достигнутый уровень мет- рологических характеристик в целом удовлетворяет требованиям практики и приближается к характеристикам соответствующих эталонов, поэтому основные усилия разработчиков направлены на повышение надежности ЦИП и создание ЦИП с расширенны- ми функциональными возможностями, обеспечивающими потре- бителю максимум эксплуатационных удобств, что, естественно, связано с широким применением микроэлектроники и микропро- цессорной техники.

Применение микропроцессорных систем в измерительной технике способствует повышению точности приборов, расшире- нию их возможностей, упрощает управление процессом измере- ний, автоматизирует калибровку и поверку приборов, позволяет выполнять вычислительные операции и создавать полностью ав- томатизированные приборы с улучшенными метрологическими характеристиками.