13. Измерение электрических величин ЦИП.

Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, т. е. показания которых представлены в цифро­вой форме.

Рис. 13. 1. Блок схема цифрового электрического прибора

Входные величины у цифровых, как и у анало­говых, измерительных устройств непрерывные. Главное различие между аналоговыми и цифровыми измерительными приборами состоит в индикации измерительной инфор­мации. В аналоговых измерительных приборах результаты измерения могут принимать сколь угодно близкие друг к другу значения, а в цифровых приборах результаты изме­рений могут принимать только фиксированные значения, ближайшие из которых различаются на заданную (извест­ную) величину — шаг квантования. Цифровой прибор имеет два обязательных функцио­нальных узла: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой индикатор (рис. 13. 1). АЦП выдает цифровой код в соответствии со значением измеряемой величины, а индикатор отражает значение измеряемой величины в циф­ровой форме. Кроме АЦП, к цифровым преобразователям относятся цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), предназначен­ные для выполнения обратной АЦП операции, т. е. для преобразования цифрового кода в аналоговую величину. АЦП и ЦАП применяются также в измерительных, инфор­мационных, управляющих системах слежения и диагности­ки объекта, поэтому выпускаются промышленностью в ви­де автономных устройств. Дискретность результатов измерений у ЦИП вызвана тем, что входные сигналы квантуются. Известно квантова­ние двух видов: по уровню, по времени.

Цифровые измерительные приборы с квантовани­ем по уровню. При квантовании по уровню весь диапазон измерения входной величины разбивается на ряд уровней и значение входной величины принимается равным бли­жайшему уровню. Суть квантования по уровню поясняется на рис. 13. 2, где показано, что непрерывной входной ве­личине X ставится в соответствие дискретная величина (штриховая линия). Функциональная схема ЦИП, реализующего квантование по уровню, показана на рис. 13. 3. Измеряемая величи­на поступает на вход сравнивающего устройства . На другой вход подается величина сравнения , однородная с измеряемой, которая сформирована в ЦАП. Сравнивающее устройство (компаратор) формирует сигнал и управляет работой ключа . При под действием сиг­нала ключ замыкается и пропускает импульсы с выхода генератора импульсов на вход счетчика импульсов.

Рис. 13. 2. Блок схема ЦИП с квантованием по уровню

Рис. 13. 3. Диаграмма работы ЦИП

Счетчик импульсов преобразует количество импульсов в цифровой код, который управляет работой ЦАП. Пока , код на выходе счетчика возрастает и увеличивается . При СУ вырабатывает сигнал , ключ отклю­чает , импульсы больше не поступают на счетчик, код и не изменяются. При помощи цифрового индикатора ЦИ результат измерения представляется оператору. На этом процесс измерения закончен. Для следующего измерения необходимо вернуть счетчик и ЦАП в нулевое состояние при помощи управляющего устройства УУ или вручную нажатием кнопки. После этого прибор готов к новому из­мерению. ЦИП с квантованием по уровню широко применяются для измерения постоянных и переменных напряжений, со­противлений, частоты, неэлектрических величин.

Цифровые измерительные приборы с квантовани­ем по времени. Широкое распространение получили ЦИП с время-импульсными измерительными преобразователями (ВИП). Преобразователь (рис. 13. 4, а) формирует прямо­угольные импульсы (рис. 13. 4, б), длительность которых пропорциональна измеряемой величине:

.

Во время действия импульса ключ замыкается и пропускает импульсы с выхода генератора импульсов ГИ на вход счетчика. Количество импульсов, поступивших на счетчик (рис. 13. 4, ),

,

где - период следования импульсов на выходе генератора.

Таким образом, код, который будет записан в счетчике, пропорционален измеряемой величине. Этот код поступает на цифровой индикатор ЦИ и там преобразуется в вид, удобный для представления оператору.

Преимуществами цифровых измерительных устройств с время импульсным преобразованием и квантованием по времени являются простота конструкции и унификация уст­ройств.

Рис. 13. 4. Блок схема и диаграмма работы ЦИП – б с квантованием по времени.