Аналоговые и цифровые измерительные приборы

7.6. Понятие об аналоговых и цифровых приборах

7.7.1. Аналоговые электронные вольтметры.

В радиоэлектронных цепях к вольтметрам, как и другим измерительным приборам, предъ­явля­ются повышенные требования, такие как ничтожно малое потреб­ление мощности, частотный диапа­зон измеряемого напряжения от еди­ниц герц до сотен мегагерц, и в то же время слабая зависимость показаний от частоты измеряемого напряжения, высокая чувствитель­ность и т. д. Этим требованиям не соответствуют стрелочные вольт­метры, которые осуществляют непосредственную оценку (пря­мой от­счет) измеряемого напряжения. Вышеперечисленным требованиям удовлетворяют аналоговые электронные вольтметры, использующие усилители измеряемых напряжений.

С учетом назначения электронные вольтметры подразделяются на вольтметры: постоянного и переменного тока, импульсного напряже­ния, универсальные и др. Функциональная схема универ­сального ана­логового электронного вольтметра представлена на рис. 7.14, данный вольтметр явля­ется универсальным, т. е. предназначен для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Прибор состоит из двух входных устройств: преобразователя, уси­лителя постоянного тока и магнитоэлектрического измерителя. Вход­ное устройство представляет собой высокоомный рези­стивный дели­тель напряжения служащий для изменения пределов измерения вольтметра.

Преобра­зователь (детектор) — устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное, — исполь­зуется при измерении  цепях переменного тока.

7.7.2. Цифровые измерительные приборы.

Характерной чертой измерительных приборов со стрелочным указателем является некоторая субъективность в измерениях при определении положения стрелки на шкале прибора. Цифровые измерительные приборы (ЦИП) с цифровыми индикаторами лишены этого недостатка. Они широко применяются для измерения частоты, интервалов времени, напряжения и т.д.

ЦИП преобразуют измеряемую величину в дискретные или квантовые значения, осуществляют цифровое кодирование и выдачу результатов измерений в цифровом виде. К преимуществам ЦИП можно от­нести: достаточно широкий диапазон измеряемых величин с высокой точностью измерений, возможность представления результатов измерения в цифровом виде, запись их цифропечатающим устройством, а также ввод в ЦВМ с последующей обработкой получаемой инфор­мации и дальнейшим ее использованием.

Рекомендуемые материалы

Рассмотрим работу ЦИП на примере электронного цифрового вольтметра с время-им­пульсным преобразованием, при котором измеряемое напряжение Ux, вначале преобразуется во вре­менной интервал, а затем в цифровой вид. Функциональная схема данного вольтметра представлена на рис. 7.15. Ос­новными узлами цифрового вольтметра, которые осуществ­ляют связь измеряемого напряжения с временным

                                                    Рис 7.15    

интервалом, являются: два сравнивающих устройства, генератор линейно нарастающего напряжения ГЛИН и триггер. До подачи на входное устройство измеряемого постоян­ного напряжения U_x устройство управления обеспечивает сброс прежних показаний счетчика, запус­кает ГЛИН, а также устанавливает триггер .в положение «О». Напряжение U_x подается на входное устрой­ство (делитель напряжения), затем усиливается усилителем по­стоянного тока и подается на вход 2 сравнивающего устрой­ства 11. Вход 2 сравнивающего устройства I заземлен. На входы 1 сравнивающих устройств I и II подается линейно нара­стающее напряжение u_н (рис. 7.16). При равен­стве входных на­пряжений сравнивающие устройства на. своих выходах выра­батывают короткий им­пульс. Таким образом, первый импульс возникает от сравнивающего устройства  (u_н = 0), второй им­пульс — от сравнивающего устройства 11 при u_н = U_x При этом первый импульс посредством триг­гера обеспечивает начало ра­боты ключа и на счетчик поступают импульсы с генератора счетных им­пульсов с периодом времени Т_N . При подаче на триггер второго импульса ключ закрывается, а следо­вательно, прекращается счет импульсов. Таким образом, осуществлено как сравнение измеряемого напряжения U_x, с линейно нара­стающим напряжением u_н, так и преобразование его во времен­ной интервал Т_{х .}

Показания устройства цифрового отсчета определяются следующим образом:

U_x = tg β T_N N ,

где T_N — период импульсов генератора счетных импульсов;

      N — число импульсов.

При выверке нуля прибора необходимо заземлить вход уси­лителя постоянного тока, а при гра­дуировке его вход подклю­чается к калибратору, т. е. источнику калиброванного напряже­ния. Если появляется необходимость измерения переменного напряжения, последнее после делителя подается на преобразо­ватель, где преобразуется в постоянное, после чего подается на вход усилителя посто­янного тока. Цифровые вольтметры обес­печивают высокую скорость преобразования (до тысячи из­ме­рений в секунду), а также малую погрешность измерения (0,01—0,001%) в диапазоне измеряемых напряжений от 0,1 мкВ до 1000 В.

Другими ЦИП являются:  цифровой  амперметр,  цифровой амперметр,  цифровой омметр, цифровой осциллограф.

Цифровой амперметр — измеритель силы тока с цифровой ин­дикацией. В цифровых амперметрах используется косвенный метод изме­рения тока, заключающийся в измерении падения напряжения на образцовом резисторе с известным значением сопротивления посредством цифрового вольтметра. Цифровой амперметр является составной частью цифровых мультиметров, комбинированных измерительных приборов.

Лекция "Факторы народного воспитания: природа" также может быть Вам полезна.

Основой цифрового мультиметра является цифровой вольтметр, который  дополняется специальным переключающим устройством для измерения различных величин. При этом применяются электрические схемы цифровых амперметров и омметров.

Цифровой омметр—прибор для измерения сопротивления с цифровой индикацией.

Известны два способа измерений. Во-первых, мост измеритель­ный Уитсона обеспечивает автоматическое уравновешивание. Для этого соединенные в соответствии с кодом сопротивления подключаются по команде устройства управления к мосту по очереди, пока не обеспечивается равновесие схемы. Второй способ заключается в пропускании через  измеряемое сопротивление известного тока. Падение напряжения измеряется при помощи АЦП по способу компенсации и индицируется в цифровой форме в единицах сопротивления. Цифровой омметр является в частности, составной частью цифрового мультиметра.

Цифровой осциллограф—осциллограф с цифровой регистрацией измеряемого сигнала запоминанием и обработкой.

Аналоговый измерительный сигнал при помощи АЦП преобразуется в цифровою форму. В этом виде он может быть записан в запоминающее устройство. Цифровой осциллограф имеет микровычислитель, который может быть использован для точного расчета пара­метров измеряемых сигналов (например, значений переменного тока и и параметров импульсов) и/или программного управления измерительным процессом. Конструкция, как правило, отвечает требовани­ям агрегатирования  благодаря чему этот прибор находит примене­ние в измерительных системах. Через соответствующий интерфейс он может быть соединен с внешней ЭВМ в соответствии с концепцией объединения различных однотипных сменных блоков. Осциллографы, обеспечивающие вывод на экран информации и в буквенно-цифровой форме помимо обычного  изображения сиг­нала, также называют цифровыми.

За последнее время интегральная электроника получила значительное развитие, что в свою очередь расширило сферу ее применения в измерительной аппаратуре.