Общие сведения о цифровых измерительных приборах - Электронные цифровые приборы. Реализация аналогового интегрирования в интегрирующих цифровых вольтметрах
В цифровых измерительных приборах (ЦИП) автоматически вырабатываются дискретные сигналы измерительной информации, а показания представляются в цифровой форме. Благодаря этому их применение имеет ряд преимуществ по сравнению с применением аналоговых приборов: измерения становятся более удобными; точность измерений значительно возрастает, а промахи практически полностью исключаются; на базе ЦИП удобно и целесообразно проектировать многофункциональные измерительные приборы - мультиметры, которые измеряют несколько физических величин (как электрических, так и неэлектрических); возможна автоматизация процессов измерения и обработки измерительной информации, что позволяет создавать на их основе ИИС и ИВК; наконец, именно в ЦИП широко внедряются микропроцессоры, и это придает им новые возможности и качества. Все эти достоинства позволяют считать, что разработка ЦИП еще долгое время будет одним из самых перспективных направлений измерительной техники.
Обобщенная структурная схема ЦИП имеет вид (рисунок 1).
4
Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема ЦИП
Измеряемая величина подается на ВУ, с помощью которого она выделяется из помех и масштабно преобразуется. Основным функциональным узлом любого ЦИП является аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в некоторых типах ЦИП цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП преобразует измеряемую непрерывную (аналоговую) величину в цифровой код. Процесс преобразования включает в себя три стадии (рисунок 2):
4
Рисунок 2 - Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой код
Дискретизация измеряемой величины во времени. Под ней понимают преобразование в дискретную путем сохранения мгновенных значений только в детерминированные моменты времени (). Промежуток между двумя ближайшими моментами дискретизации называют шагом дискретизации. Он может быть постоянным (равномерная) и переменным (неравномерная дискретизация).
Квантование измеряемой величины по уровню. Под ним понимают операцию замены истинных мгновенных значений ближайшими фиксированными величинами из некоторой совокупности дискретных значений (), называемых уровнями квантования. Уровни квантования представляются соответствующими числами. Разность между соседними уровнями квантования называют шагом (ступенью) квантования. Он как и, может быть постоянным и переменным.
Цифровое кодирование. Оно заключается в формировании дискретных сигналов, несущих информацию об их значениях. Обычно это последовательность кратковременных импульсов, число которых () пропорционально квантованному значению (унитарный код). Далее код подается на ЦОУ, где обрабатывается и индицируется в виде ряда цифр. Цифровые коды могут выводиться и во внешние устройства, например в компьютер для дальнейшей обработки или хранения. Управляет работой ЦИП устройство управления (УУ), которое вырабатывает и подает определенной последовательности командные сигналы во все функциональные узлы прибора.
Отсчетное устройство ЦИП является достаточно сложным и содержит счетчики импульсов, дешифраторы, коммутаторы и цифровые индикаторы.
В ЦИП могут быть реализованы различные методы аналого-цифрового преобразования и структурные схемы АЦП. Метод преобразования и тип АЦП являются основными классификационными признаками ЦИП.
В зависимости от метода аналого-цифрового преобразования измеряемого сигнала ЦИП подразделяются на:
ЦИП, реализующие время-импульсный метод преобразования
ЦИП, реализующие кодо-импульсный метод преобразования
ЦИП, реализующие частотно-импульсный метод.
В зависимости от типа АЦП, т. е. способа преобразования входного сигнала, ЦИП подразделяются на 2 группы:
Приборы прямого преобразования;
Приборы сравнения (уравновешивающего (компенсационного) преобразования), которые в свою очередь в зависимости от характера изменения во времени компенсирующей величины делят на приборы развертывающего и следящего уравновешивания.
И, наконец, в зависимости от значения измеряемого параметра ЦИП подразделяются на:
Неинтегрирующие (измеряют мгновенное значение входного сигнала);
Интегрирующие (измеряют среднее за выбранный интервал времени значение входного сигнала).
Наиболее важными характеристиками ЦИП, определяющими возможность их использования для конкретной измерительной задачи, являются: пределы измерения, цена деления, входное сопротивление, быстродействие, помехоустойчивость, надежность и погрешность.
Цену деления шкалы ЦИП можно определить по формуле
![](/images/image001-1655.png)
,
Где - максимальное значение предела измерения;
M - число разрядов десятичного цифрового отсчета.
Для каждого предела измерения цена деления постоянна и определяет максимально возможную разрешающую способность для данного типа ЦИП.
Разрешающая способность - это изменение цифрового отсчета на единицу младшего разряда.
Быстродействие определяется максимальным интервалом времени, необходимым для выполнения одного полного цикла измерения входной величины (это время измерения и время индикации). Для ЦИП с равномерной временной дискретизацией этот интервал измерения определяется шагом дискретизации, а быстродействие - количество измерений за 1с., т. е. .
Помехоустойчивость ЦИП - способность сохранять необходимую точность измерения при наличии различных возмущающих воздействий (помех).
Устранить влияние помех, появляющихся вместе с измеряемым сигналом на входных зажимах ЦИП, нельзя. Поэтому помехоустойчивость численно характеризуется степенью подавления помех на входе ЦИП. Оценку помехоустойчивости ЦИП обычно вычисляют по отношению к аддитивным, т. е. суммирующимся с полезным сигналом, помехам.
Пределы измерений - наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.
Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности ЦИП.
Входное сопротивление - сопротивление ЦИП со стороны его входных зажимов, которое определяет реакцию входного сигнала на подключение ЦИП к источнику этого сигнала.
Надежность - количественная характеристика, определяющая свойства ЦИП выполнять заданные функции, сохраняя свои характеристики в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
![](/images/image002-1473.png)
Операции дискретизации и квантования всегда связаны с потерей части исходной измерительной информации и поэтому являются источником погрешности, характерной только для ЦИП. Эта погрешность называется погрешностью дискретности и, как следует из вышесказанного, имеет две составляющие. Составляющая погрешности дискретности за счет дискретизации измеряемой величины во времени минимизируется за счет правильного выбора шага дискретизации. Максимально допустимая величина определяется по теореме Котельникова шириной частотного спектра преобразуемого сигнала. Составляющая погрешности дискретности за счет квантования по уровню, фактически по своей сути погрешность округления, определяется шагом квантования. При равномерном распределении в пределах от до, среднеквадратическое значение погрешности округления не превышает. С другой стороны, так как определяет младший разряд числа, представляющего результат измерения, то погрешность округления можно нормировать как ±1 единица младшего разряда счета. Совершенно ясно, что при правильном выборе числа разрядов погрешность дискретности может быть сделана весьма малой и не является каким-то дополнительным принципиальным ограничением для ЦИП по сравнению с аналоговыми приборами. Более того, в реальных ЦИП погрешность дискретности принимают равной ±1 единице младшего разряда счета. Основная погрешность ЦИП определяется пределом допускаемой основной относительной погрешности, выраженной в процентах от показания прибора, по формуле
![](/images/image003-1320.png)
.
Таким образом, ЦИП наиболее полно удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым в настоящее время к измерительной аппаратуре, - высокие точность и быстродействие, автоматизация процессов измерения и обработки их результатов.
Похожие статьи
-
В интегрирующих цифровых вольтметрах (ИЦВ) с аналоговым интегрированием на каждом цикле измерения определяется значение измеряемого напряжения за...
-
Цифровые вольтметры (ЦВ) постоянного тока получили широкое распространение при измерении напряжений и как самостоятельные приборы (В2) и как основной...
-
Изучение устройства, принципа действия и применения измерительных генераторов, осциллографов, вольтметров, частотомеров. Краткие теоретические сведения...
-
1. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для ВУЗов. Нефедов В. И. и др.; Под ред. Нефедова В. И. - М.: Высш. шк.,...
-
Расчет числа разрядов АЦП. В результате равномерного квантования мгновенное значение непрерывной величины х представляют в виде конечного числа m...
-
Исходная форма звукового сигнала - непрерывное изменение амплитуды во времени - представляется в цифровой форме с помощью "перекрестной дискретизации" -...
-
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые...
-
Повышение точности измерений в промышленности является одним из существенных резервов повышения качества продукции и эффективности производства. На...
-
"Интегрирующие АЦП", АЦП многотактного интегрирования - Интегрирующие АЦП
Недостатком рассмотренных выше последовательных АЦП является низкая помехоустойчивость результатов преобразования. Действительно, выборка мгновенного...
-
Обобщенная схема электронного прибора контроля 1 - датчик - чувствительный элемент, который преобразует неэлектрические параметры внешних физических...
-
Расчет частоты дискретизации. - Разработка аналого-цифрового преобразователя
Частота дискретизации является одной из основных характеристик АЦП. Частоту дискретизации fД можно определить двумя способами: 1) При проведении...
-
Метрологические характеристики - Преобразователь пьезоэлектрический
3.1 Расчет класса точности Класс точности является обобщенной метрологической характеристикой средств измерений (СИ) и определяется пределами допускаемых...
-
В терминах электроники измерительный преобразователь определяется обычно как прибор, преобразующий неэлектрическую физическую величину (называемую...
-
Метод обратного преобразования - Структурные методы повышения точности средств измерения
Этот метод применяется при автоматической коррекции погрешности средств измерений. Для реализации этого метода используется обратный преобразователь,...
-
Устройство АЦП и ЦАП - Современные звуковые карты. Методы позиционирования и сжатия звука
В основном применяется три конструкции АЦП: параллельные - входной сигнал одновременно сравнивается с эталонными уровнями набором схем сравнения...
-
Установка для поверки и градуировки электроизмерительных приборов У300 предназначена для поверки амперметров и вольтметров постоянного и переменного тока...
-
При последовательном возрастании значений входного цифрового сигнала D(t) от 0 до 2N-1 через единицу младшего разряда (ЕМР) выходной сигнал UВых(t)...
-
Первичным измерительным преобразователем термоэлектрического термометра (ТТ) служит термопара, которая состоит из двух разнородных проводников (рис.3)....
-
Введение - Способы реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов
Цифровой обработкой сигналов принято называть в вычислительной технике арифметическую обработку последовательностей равноотстоящих во времени отсчетов....
-
Этот метод эффективен при доминировании случайной составляющей погрешности измерений. Известно, что случайная составляющая погрешности измерений среднего...
-
Введение - Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с К572ПВ1
В данной курсовой работе рассмотрена схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) последовательного счета. В этом курсовом используется АЦП с...
-
Этот способ повышения точности измерений целесообразен при доминирующих систематических составляющих погрешности средств измерений. Так для термопар и...
-
Динамические параметры - Последовательный интерфейс сигма-дельта АЦП
Возникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся во времени. Можно выделить следующие параметры АЦП, определяющие...
-
Использование тестовых сигналов - Структурные методы повышения точности средств измерения
Тестовые методы повышения точности измерений применяются в различных измерительных системах для измерений как электрических, так и неэлектрических...
-
Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с Поразрядным уравновешиванием , является наиболее распространенным вариантом...
-
Обработка цифрового звука - Современные звуковые карты. Методы позиционирования и сжатия звука
Цифровой звук обрабатывается посредством математических операций, применяемых к отдельным отсчетам сигнала, либо к группам отсчетов различной длины....
-
В процессе кодирования амплитуда каждого квантованного по уровню АИМ отсчета представляется в виде двоичной последовательности, содержащей m символов....
-
Источники сигнала и входные резисторы можно подключать и к не инвертирующему входу ОУ. (рис. 1.3) Рис.1.3 Не инвертирующий усилитель При замкнутой...
-
Элементы промышленной электроники - Общая электротехника и электроника
Выпрямители . Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразования переменною напряжения в постоянное. В зависимости oт числа фаз питающего...
-
Базовые понятия - Триггеры: общая характеристика
Триггер -- это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и...
-
В процессе квантования по уровню значение каждого АИМ-отсчета заменяется ближайшим разрешенным значением. Характеристиками квантующего устройства...
-
Введение - Разработка комплекса приборов для измерения температур
Существуют два основных способа для измерения температур - контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте...
-
В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ), равномерно "покрывающих" всю земную поверхность). Орбиты ИСЗ вычисляются...
-
Выбор контрольно измерительной аппаратуры: - Ремонт и обслуживание микроволновой печи LG-MS2807C
Для налаживания и ремонта микроволновой печи LG-MS2807C используются следующие контрольно измерительные приборы: Перед тем начать измерения (снятие)...
-
Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразном изменении входного кода, обычно от величины "все нули" до "все...
-
Расчет устойчивости связи на пролете - Цифровые радиорелейные системы передачи
Суммарная устойчивость связи на пролете РРЛ характеризуется суммарным процентом времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально...
-
Расчет поступающих интенсивностей нагрузок (ИН) на каждой АТС производится по формуле: Y I = a N I , Где А = 0,05 Эрл - удельная поступающая ИН от...
-
Отличия цифрового представления сигналов от аналогового Традиционное аналоговое представление сигналов основано на подобии (аналогичности) электрических...
-
АЦП последовательного счета Этот преобразователь является типичным примером последовательных АЦП с единичными приближениями и состоит из компаратора,...
-
Анализ технического задания, Описание электрической схемы - Особенности работы микроконтроллера
Технические характеристики: Диапазон измерения, мкФ .............................................1.999-103 Погрешность во всем диапазоне, %, не...
Общие сведения о цифровых измерительных приборах - Электронные цифровые приборы. Реализация аналогового интегрирования в интегрирующих цифровых вольтметрах