Лекция 7. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПЕЙ ЦИФРОВЫМИ ПРИБОРАМИ.

ПЛАН :

1. Принципы построения цифровых электроизмерительных приборов.

2. Цифровые вольтметры.

3. Цифровой измеритель сопротивления и емкости.

7.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

Цифровые приборы и методы, неоднократно упоминавшиеся выше, широко применяются при измерении напряжения и тока, сопротивления и емкости элементов цепи, частоты колебаний, временных интервалов и т.д. Помимо своей универсальности, они обеспечивают существенное повышение точности измерений. Так при измерении частот от 0,1 Гц до 15 ГГц и выше этими методами точность измерения достигает 10 ^–7 Гц.

В основе цифровых методов измерений лежит принцип дискретизации измеряемой непрерывной величины: любая непрерывная величина, ограниченная некоторыми предельными значениями, может быть дискретизирована во времени и квантована по уровню.

Дискретизация – физическая операция преобразования непрерывной во времени величины в дискретную, при которой сохраняются ее мгновенные значения только в определенные моменты времени.

Шаг дискретизации – промежуток времени D t между двумя ближайшими моментами t ₁ и t ₂ дискретизации. Шаг дискретизации может быть постоянным (рис. 7.1-а) или переменным, но дискретный сигнал, в отличие от непрерывного, может иметь только конечное число значений.

Квантование – физическая операция преобразования непрерывной величины в квантованную заменой ее мгновенных значений ближайшими фиксированными значениями, совокупность которых образована по определенному закону. Квант (ступень квантования) D х - разность между двумя соседними значениями х ₁ и х ₂ (рис. 7.1-б).

Цифровое кодирование – операция условного представления числового значения величины цифровым кодом, т.е. последовательностью цифр (сигналов), подчиняющихся определенному закону.

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) автоматически преобразуют непрерывную измеряемую величину или ее аналог (физическую величину, пропорциональную измеряемой) в дискретную форму, подвергают цифровому кодированию и выдают результат измерения в виде чисел, появляющихся на отсчетном устройстве или фиксируемых цифропечатающим устройством.

Рис. 7.1. Временные диаграммы, поясняющие дискретизацию во времени (а) и квантование по уровню (б) непрерывной функции.

Код можно представить в виде электрических сигналов, где носителем информации является не значение физической величины. А временное или пространственное расположение этих сигналов. В ЦИП в основном применяют устройства с двумя устойчивыми состояниями (триггер, реле), позволяющие осуществлять кодирование в двоичной системе счисления. Это позволяет легко совмещать ЦИП с компьютерами, осуществляющими статистическую обработку результатов измерений.

По сравнению с аналоговыми приборами ЦИП имеют ряд достоинств:

- объективность, удобство отсчета и регистрации результатов измерения;

- высокую точность измерения (до 0,001 %) при широком диапазоне измеряемых величин (от 0,1 мкВ до 1000 В);

- полную автоматизацию процесса измерения;

- высокое быстродействие (до 10 ⁶ преобразований в секунду);

- возможность непосредственного сочетания с ЭВМ и цифропечатающими устройствами, а также дистанционной передачи результатов измерений в виде кода без потери точности.

Недостатками ЦИП можно считать относительную их сложность и высокую стоимость. С применением интегральных схем (ИС) эти недостатки существенно уменьшаются. Более простые измерительные задачи можно решать аналоговыми приборами, более сложные – с помощью ЦИП.

7.2. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ.