По принципу деяния и конструктивному выполнению цифровые приборы делят на электромеханические и электрические. Электромеханические приборы имеют высшую точность, но малую скорость измерений. В электрических устройствах употребляется современная база электроники. Невзирая на схемные и конструктивные особенности, принцип построения ЦИП схож.

Рис. 8.1 Структурная схема ЦИП.

Измеряемая величина (Х) поступает на входное устройство прибора ВУ, где происходит масштабное преобразование сигнала, потом он поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), где аналоговый сигнал преобразуется в соответственный код, который отображается в соответственный код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ). Для получения всех управляющих сигналов в цифровом приборе предвидено устройство управления. Входное устройство прибора устроено аналогично электрическому прибору, а в неких конструкциях на его входе употребляется фильтр для исключения помех.

Зависимо от метода аналого-цифрового преобразования приборы делят на устройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешивающим преобразованием).

В базе работы цифровых измерительных устройств поочередного счета лежит принцип поочередного приближения значения эталонного сигнала, генерируемого схемой прибора, к значению измеряемого сигнала.

В ЦИП поочередного приближения происходит последовательное во времени сопоставление измеряемой величины с известной квантованной величиной, изменяющейся по определенному методу.

В ЦИУ считывания происходит одновременное сопоставление измеряемой физической величины с заблаговременно данным набором значений эталонных сигналов.

На рисунке представлены графики, отражающие механизм работы рассмотренных типов ЦИП.

Рис. 8.2 Принципы преобразования измеряемого сигнала в ЦИП.

Основными элементами ЦИП являются триггеры, дешифраторы и знаковые индикаторы. Несколько знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устройство. В ЦИП в отличие от аналоговых неотклонимым элементом схемы являются АЦП и цифровые отсчетные устройства (ЦОУ). Схемное решение ЦИП определяется видом АЦП.

Есть три главных типа АЦП: интегрирующий, поочередного приближения и параллельный.

Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из 3-х перечисленных типов это самый четкий, хотя и самый «медленный». Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в спектре от 0,001 до 50 с и поболее, погрешность составляет 0,1–0,0003%.

Погрешность АЦП поочередного приближения несколько больше (0,4–0,002%), но зато время преобразования – от ~10мкс до ~1 мс.

Параллельные АЦП – самые быстродействующие, да и менее четкие: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.

Сигнал дискретизируется по времени методом резвого измерения его в отдельные моменты времени и удержания (сохранения) измеренных значений на время преобразования их в цифровую форму. Последовательность приобретенных дискретных значений может выводиться на экран в виде кривой, имеющей форму сигнала. Возводя эти значения в квадрат и суммируя, можно вычислять среднеквадратическое значение сигнала. Их можно использовать также для вычисления времени нарастания, наибольшего значения, среднего по времени, частотного диапазона и т.д. Дискретизация по времени может выполняться или за один период сигнала («в реальном времени»), или (с поочередной либо случайной подборкой) за ряд циклических периодов.

К более принципиальным чертам ЦИП относятся: разрешающая способность, входное сопротивление, быстродействие (число измерений за секунду), точность (близость результата к настоящему значению величины), помехозащищенность.

Плюсы ЦИП: высочайшая чувствительность и точность измерений, удобство отсчета показаний, возможность дистанционной передачи измерительной инфы, возможность сочетания с ЭВМ и другими автоматическими устройствами, высочайшая помехозащищенность.

Недочеты: сложность устройств, высочайшая цена, низкая надежность.

Перспективы развития ЦИП: достигнутый уровень метрологических черт в целом удовлетворяет требованиям практики и приближается к чертам соответственных стандартов, потому главные усилия разработчиков ориентированы на увеличение надежности ЦИП и создание устройств с расширенными многофункциональными способностями, обеспечивающими потребителю наибольшие эксплуатационные удобства, что связано с широким применением микропроцессорной техники.

В качестве примера реализации в ЦИП метода поочередного счета можно разглядеть устройство и механизм работы частотомера.

Основными структурными элементами таких цифровых измерительных устройств являются:

ГИСЧ – генератор импульсов стабилизированной частоты;

К – ключ;

ПУ – пересчетное устройство;

Тг – триггер;

ОУ – отсчетное устройство;

Ф – формирователь импульсов;

БВВИ – блок выделения интервалов времени;

ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения:

ВУ - вычислительное устройство;

СУ – устройство сопоставления и др.

К примеру, на приведенных рисунках представлены структурные схемы неких типов ЦИП.

а)

б)

в)

Рис. 8.3 Структурные схемы ЦИП, созданных для измерения напряжения (а), продолжительности интервалов времени и частоты следования импульсов (б), разности фаз сигналов (в).

Применение микропроцессорных систем в измерительных устройствах позволяет значительно повысить их точность, расширяет способности и упрощает управление процессом измерений, автоматизирует калибровку и проверку устройств, позволяет делать вычислительные операции, создавать стопроцентно автоматические приборы.

К примеру, в ЦИП употребляется способность МП перестраивать свою структуру и изменять выполняемые функции под управлением подаваемых команд, что обусловливает его универсальность. С помощью их можно не только лишь автоматом выбирать предел измерения, да и изменять структуру прибора при измерении ФВ по определенному методу. При всем этом МП прибора может делать последующие функции:

· управление процессом АЦП;

· управление работой преобразователей ФВ;

· автоматический выбор пределов измерений;

· управление приборным интерфейсом;

· управление индикатором;

· диагностика дефектов;

· обработка измерительной инфы с целью увеличения метрологических черт и др.

Выполнение МП различных функций обеспечивает улучшение технико-экономических характеристик устройств, что позволило сделать новый класс цифровых программируемых многоканальных ИП, способных с высочайшей скоростью создавать преобразование, обработку и отображение массивов аналоговой и цифровой инфы.

ЦП с МП строятся по блочному принципу, что позволяет изменять их структуру и способности. Они состоят из последующих главных блоков: коммутаторы, АЦП, МП, ОЗУ, ПЗУ, пульт оператора, модули сопряжения с наружными устройствами и ЭВМ. Могут содержать 10-ки и сотки измерительных каналов, опрашиваемых с изменяемой скоростью.

Программка прибора предугадывает выполнение главных задач по измерению, обработке и представлению измерительной инфы. Это, к примеру:

· масштабирование;

· линеаризация черт датчиков;

· вычисление экстремальных и средних значений;

· сопоставление с уставками;

· сжатие данных;

· автокалибровка;

· самоконтроль главных функций.

В качестве интегрированных средств отображения и регистрации инфы употребляются многоразрядные цифровые индикаторы, видеодисплеи, печатающие устройства и т.п.

Ввод программки может осуществляться с пульта, с магнитных и других носителей инфы. Приборы различаются степенью трудности, выполнения, обслуживания, ценой.