Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов кратко

Обновлено: 04.07.2024

Основные характеристики и классификация цифровых измерительных устройств

Цифровое измерительное устройство – это прибор, который содержит устройства обработки цифровой информации, аналого-цифровые преобразователи, а также устройства отображения результатов измерений в цифровой форме.

К основным характеристикам цифровых измерительных приборов относятся:

Основная погрешность цифрового измерительного прибора состоит из погрешностей порога чувствительности, дискретности, а также реализации дискретности уравнений. Данные составляющие обусловлены несовершенством приборов. Погрешность появляется в результате несоответствия реальных и принятых значений уровней квантования, происходит это, потому что измеряемая величина квантуется в соответствии с реальными значениями уровней, а отсчет осуществляется в соответствии с принятыми. В реальном цифровом измерительном приборе составляющие погрешности меняются случайным образом, поэтому их необходимо суммировать как случайные числа, но с учетом распределения.

Диапазон измерений цифрового измерительного прибора – это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности.

Цифровые измерительные приборы классифицируются по нескольким признакам:

Род измеряемой величины. Согласно данному признаку цифровые измерительные приборы делятся на хронометры, вольтметры, омметры, вольтомметры, частотомеры, фазометры и т.п.
Метод кодирования (квантования). Согласно данному признаку цифровые измерительные приборы делятся на приборы пространственного квантования, приборы с квантованием параметров интенсивности и приборы квантования частотно-временных параметров измерительных сигналов.

Готовые работы на аналогичную тему

Структурная схема и достоинства цифровых измерительных приборов

Цифровые измерительные приборы активно используются на промышленных предприятия, несмотря на то, что у них имеется большой парк аналоговых устройств. К достоинствам первых можно отнести широкий диапазон измерений, высокую точность измерений, представление результатов в цифровой форме (возможность последующей обработки, хранения и индикации), наличие возможности внешнего управления, программирования, а также автоматизацию процесса измерения. Цифровой измерительный прибор может состоять из разнообразных элементов и узлов, самыми распространенными узлами являются:

Запоминающие устройства, используемые для хранения информации без ее изменения.
Ключи, используемые размыкания и замыкания электрической цепи. В цифровых измерительных устройствах применяются ключи, построенные на базе логического элемента и транзисторные.
Логические элементы, представляющие собой элементы релейного действия.
Генераторы импульсов.
Счетчики импульсов.
Триггеры.
Дешифраторы.
Отсчетные устройства.

Все элементы, из которых состоят узлы цифровых измерительных устройств, делятся на логические и запоминающие. Логические осуществляют обработку информации, которая поступает в двоичном форме, а также выполняют определенные операции. Запоминающие обладают возможностью длительного хранения информации. Пример структурной схемы цифрового измерительного прибора изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Структурная схема цифрового измерительного прибора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: 1 - входное устройство; 2 - аналого-цифровой преобразователь; 3 - арифметико-логическое устройство; 4 -блок реле; 5 - блок управления; Ux - измеряемый электрический сигнал; U - постоянное напряжение; Ud - цифровая форма сигнала.

Цифровыми называются электроизмерительные приборы, преобразующие определяемую аналоговую величину в кодированный сигнал и представляющий результаты измерения в виде цифрового значения на отсчетном устройстве.

В соответствии с определением цифровые измерительные приборы (ЦИП) состоят из аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых отсчетных устройств (ЦОУ). Результаты преобразования АЦП, в виде кода могут подаваться на регистрирующие или вычислительные приборы.

Иногда, в качестве преобразователя выступают цифро-аналоговые преобразователи, представляющие сигнал в виде аналоговой квантованной величины. ЦОУ отображает результат в виде цифр с заданным количеством разрядов.

В основе цифровых электрических измерений заложено аналого-цифровое преобразование (кодирование), которое заключается в присвоении дискретного значения (кода) искомой величине с определенным шагом по времени.

Процесс дискретизации аналоговой величины пояснен иллюстрацией. Преобразователь за каждый промежуток времени t вырабатывает сигнал определенной величины, соответствующий величине измеряемого сигнала.

Разницу между значениями t1 и t2, t2 и t3 и т. д. называют шагом дискретизации. Фиксированные значения Х1, Х2, Х3 и т. д. называют уровнями квантования, а разница между соседними значениями Х называется ступенью квантования или квантом

Чем меньше ступень квантования, тем ближе и точнее дискретный сигнал будет соответствовать аналоговой измеряемой величине.

Код в ЦИП выдается в соответствии с квантованным значением Х, принимаемым равным определяемой величине. При преобразовании аналоговой величины в квант, большое значение имеет правило отождествления измеряемой и квантованной величины.

На практике применяются следующие правила отождествления: с ближайшим большим или равным значением, с ближайшим меньшим или равным значением, с ближайшим значением.

На графике четко видно, что ни в один момент времени измеряемая аналоговая величина не совпала с фиксированным значением квантования. Это означает, что АЦП будет присваивать код по одному из вышеперечисленных правил.

Число уровней квантования определяется устройством приборов, от этого числа зависит число возможных отсчетов.

Для примера, если максимальное значение отсчетного устройства составляет 9999, это значит, что бесконечное количество значений аналоговой измеряемой величины в пределах от 0 до 9999 может быть представлено десятью тысячами различных показаний. ЦИП в данном случае имеет 10000 уровней квантования.

В результате квантования появляется погрешность дискретизации. На рисунке аналоговая величина в момент времени t1 имеет промежуточное значение между Х3 и Х4. АЦП в соответствии с одним из правил отождествления присвоит для времени t1 допустим значение Х4. Разница между фактической величиной и значением Х4 это и есть погрешность дискретизации.

Иногда, по значениям, полученным с помощью дискретизации сигнала, возникает необходимость восстановить все уровни измеряемой аналоговой величины. Практически это всегда выполняется с погрешностью, которую называют погрешностью аппроксимации.

АЦП преобразует входную величину в код одним из следующих методов: метод последовательного счета, последовательного приближения и метод считывания.

Метод последовательного счета заключается в последовательном во времени сравнении измеряемой величины Х с известной квантованной величиной Хк, изменяющейся во времени скачками.

Каждый скачок составляет один уровень квантования. АЦП выдает код соответствующий числу ступеней квантования, при котором наступает равенство с измеряемой величиной.

При инверсном преобразовании происходит сравнение известной квантованной величины с измеряемой квантованной величиной, функционально связанной с входным сигналом.

Метод последовательного приближения заключается в сравнении квантованной величины с известной квантованной величиной, изменяющейся во времени скачкообразно по определенному закону.

При совпадении этих величин, происходит отождествление по одному из правил, в соответствии с этим значением выдается код преобразования.

Метод считывания заключается в одновременном сравнении измеряемой величины со всеми доступными уровнями квантования. Код выдается в соответствии с отождествленным уровнем квантования.

Основными достоинствами цифровых приборов являются:

- возможность их сочетания с другими устройствами; - отсутствие возможности неправильного трактования результатов измерения; - возможность автоматизации процесса измерения; - высокое быстродействие цифровых измерений; - возможность передачи кодированных сигналов на расстояние.

К основным недостаткам ЦИП следует отнести сложность устройства, и как следствие - относительно невысокую надежность приборов и сравнительно высокую стоимость.

Рекомендуем купить цифровой осциллограф для диагностики автомобиля в Москве у компании ООО ПК ТехАвто.

Основные характеристики цифровых измерительных приборов. Погрешность дискретности.

Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, которые в процессе измерения осуществляют автоматическое преобразование непрерывной измеряемой величины в дискретную с последующей индикацией результата измерений на цифровом отсчетном устройстве или регистрацией его при помощи цифропечатающего устройства.

Достоинства:

· Высокая точность прибора

· Широкий диапазон измерений

· Малая потребляемая мощность

· Удобный вид индикации

· Связь с другими устройствами обработки информации

· Расширение функциональности (автоматизации), например внесение поправки по температуре

Недостаток:

· Сложность по сравнению с аналоговыми приборами

Характеристики цифровых приборов:

1) Статическая функция преобразования идеально-цифрового прибора.

Идеальный цифровой прибор – это прибор, у которого нет инструментальной погрешности, и он осуществляет отождествление с ближайшим уровнем квантования.

2) Погрешность измерительных приборов:

- погрешность дискретности, имеет методическое основание.

- погрешность, реализации уровней квантования.

– погрешность из-за наличия порога чувствительности у устройства сравнения

состоят из входного усилительного устройства ВУУ, аналого-цифрового преобразователя АЦП, который служит для преобразования непрерывного сигнала Y в цифровой код Y¢ , генератора импульсов ГИ . цифровых счетчика и индикатораЦСИ, управляющего устройства УУ с коммутационным и логическими блоками. Они предназначены для измерения и быстрого отсчета электрических величин и параметров с высокой точностью и надежностью. В них входной сигнал усиливается и преобразуется в дискретный выходной сигнал А в цифровой форме.

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) используются с 1960 г. как при научных и иных исследованиях, так и в обычной производственной практике. ЦИП имеют, кроме высокой точности, возможность запоминать, передавать на расстояние и вводить в ЭВМ измерительные значения, а также свободны от утомительного отсчета и многих проблем технического обслуживания.

ЦИП по виду измеряемых величин делятся на вольтметры, омметры, мосты, измерители частоты и интервалов времени, комбинированные и специализированные приборы. Последние служат для измерения температуры, массы грузов, скорости перемещения материалов и т. п. Комбинированные ЦИП позволяют измерять напряжение постоянного и переменного тока, сопротивление постоянному току, емкость и индуктивность. Основой таких приборов являются цифровой вольтметр постоянного тока и ряд преобразователей электрических величин в напряжение постоянного тока.

Промышленность выпускает ряд типов ЦИП. Для примера приведем цифровой вольтметр типа Щ1513, который предназначен для измерения напряжения постоянного тока 0 - 1000 В со временем преобразования 0,02 с. Другой ЦИПпеременного тока типа Ф219 служит для измерения средневыпрямленных значений переменных напряжений 0,2 - 1000 Впри классах точности 0,4/0,25 и 1,0/0,5 со временем преобразования 120 мс.

Цифровые электроизмерительные приборы (рис. 3.19)

Читайте также: