Ψηφιακές συσκευές μέτρησης: πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, αρχή λειτουργίας
Η ψηφιακή μέτρηση είναι ένας από τους πιο επαναστατικούς τρόπους μέτρησης διαφόρων φυσικών μεγεθών σε όλη την ιστορία της ανθρωπότητας. Μπορούμε να πούμε ότι γενικά, από την εμφάνιση της ψηφιακής τεχνολογίας, η σημασία αυτού του τύπου συσκευών έχει καθορίσει σε μεγάλο βαθμό το μέλλον ολόκληρης της ύπαρξής μας.
Όλες οι συσκευές μέτρησης χωρίζονται σε αναλογικές και ψηφιακές.
Οι ψηφιακοί μετρητές έχουν υψηλή ταχύτητα απόκρισης και υψηλή τάξη ακρίβειας. Χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση ενός ευρέος φάσματος ηλεκτρικών και μη ηλεκτρικών μεγεθών.
Σε αντίθεση με τις ψηφιακές αναλογικές συσκευές, δεν αποθηκεύουν δεδομένα μέτρησης και δεν είναι συμβατές με ψηφιακές συσκευές μικροεπεξεργαστή. Για το λόγο αυτό, είναι απαραίτητο να καταγράφεται κάθε μέτρηση που γίνεται με αυτό, η οποία μπορεί να είναι κουραστική και χρονοβόρα.
Το κύριο μειονέκτημα των ψηφιακών μετρητών είναι ότι χρειάζονται εξωτερική πηγή ρεύματος ή φόρτιση μπαταρίας μετά από ορισμένο χρόνο.Επίσης, η ακρίβεια, η ταχύτητα και η αποτελεσματικότητα των ψηφιακών συσκευών τις καθιστούν ακριβότερες από τις αναλογικές συσκευές.
Ψηφιακές συσκευές μέτρησης — συσκευές στις οποίες η μετρούμενη αναλογική τιμή εισόδου X συγκρίνεται αυτόματα εμπειρικά με διακριτές τιμές της γνωστής (δειγματικής) τιμής N και τα αποτελέσματα των μετρήσεων δίνονται σε ψηφιακή μορφή (Πώς διαφέρουν τα αναλογικά, τα διακριτά και τα ψηφιακά σήματα;).
Μπλοκ διάγραμμα ψηφιακού βολτόμετρου
Κατά την εκτέλεση συγκριτικών εργασιών σε ψηφιακά όργανα μέτρησης, το επίπεδο και ο χρόνος των τιμών των συνεχών μετρούμενων μεγεθών κβαντίζονται. Το αποτέλεσμα της μέτρησης (αριθμητικό ισοδύναμο της μετρούμενης τιμής) σχηματίζεται μετά την εκτέλεση εργασιών ψηφιακής κωδικοποίησης και παρουσιάζεται σε επιλεγμένο κωδικό (δεκαδικό για εμφάνιση ή δυαδικό για περαιτέρω επεξεργασία).
Ψηφιακό φωτόμετρο
Οι εργασίες σύγκρισης στις ψηφιακές συσκευές μέτρησης εκτελούνται από ειδικές συσκευές σύγκρισης. Συνήθως, το τελικό αποτέλεσμα της μέτρησης σε τέτοιες συσκευές λαμβάνεται μετά την αποθήκευση και ορισμένη επεξεργασία των αποτελεσμάτων ξεχωριστών εργασιών για τη σύγκριση της αναλογικής τιμής X με διαφορετικές διακριτές τιμές της τιμής δείγματος N (σύγκριση γνωστών κλασμάτων του X με N της ίδιας αξίας μπορεί επίσης να γίνει).
Το αριθμητικό ισοδύναμο του X παρουσιάζεται στη συσκευή μέτρησης μέσω συσκευών εξόδου σε μορφή κατάλληλη για αντίληψη (ψηφιακή οθόνη) και, εάν είναι απαραίτητο, σε μορφή κατάλληλη για εισαγωγή σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (υπολογιστή) ή σε σύστημα αυτόματου ελέγχου (ψηφιακά ελεγκτές, προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές, έξυπνα ρελέ, μετατροπείς συχνότητας).Στη δεύτερη περίπτωση, οι συσκευές ονομάζονται συχνότερα ψηφιακοί αισθητήρες.
Ψηφιακό μη μετρητή
Γενικά, οι ψηφιακές συσκευές μέτρησης περιέχουν μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό, μια μονάδα για τη δημιουργία μιας τιμής αναφοράς N ή ένα σύνολο προκαθορισμένων τιμών N, συγκριτές, λογικές συσκευές και συσκευές εξόδου.
Οι αυτόματες ψηφιακές συσκευές μέτρησης πρέπει να διαθέτουν συσκευή που ελέγχει τη λειτουργία των λειτουργικών τους μονάδων Εκτός από τα απαραίτητα λειτουργικά μπλοκ, η συσκευή μπορεί να περιέχει επιπλέον, για παράδειγμα, μετατροπείς συνεχών τιμών X σε ενδιάμεσες συνεχείς τιμές.
Τέτοιοι μετατροπείς χρησιμοποιούνται σε όργανα μέτρησης όπου το ενδιάμεσο Χ μπορεί να μετρηθεί πιο εύκολα από το αρχικό. Η μετατροπή του Χ σε ηλεκτρικά μεγέθη χρησιμοποιείται συχνά κατά τη μέτρηση διαφόρων μη ηλεκτρικών μεγεθών, με τη σειρά τους τα ηλεκτρικά συχνά αντιπροσωπεύονται από ισοδύναμα χρονικά διαστήματα κ.λπ.
Δείτε επίσης:
Μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) είναι συσκευές που δέχονται αναλογικά σήματα εισόδου και, κατά συνέπεια, ψηφιακά σήματα εξόδου τους, κατάλληλες για εργασία με υπολογιστές και άλλες ψηφιακές συσκευές, π.χ. συνήθως το φυσικό σήμα μετατρέπεται πρώτα σε αναλογικό (παρόμοιο με το αρχικό σήμα) και στη συνέχεια το αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακό.
Οι ψηφιακοί μετρητές χρησιμοποιούν μια ποικιλία μεθόδων αυτόματης μέτρησης και κυκλωμάτων μέτρησης. Ένα ξεχωριστό n καθορίζει την ειδικότητα κυρίως των μεθόδων σύγκρισης.
Τα Χ και Ν μπορούν να συγκριθούν με μεθόδους εξισορρόπησης και αντιστοίχισης. Στην πρώτη μέθοδο, η αλλαγή στις τιμές του N ελέγχεται μέχρι να εξασφαλιστεί η ισότητα (με σφάλμα διακριτικότητας) των τιμών του X σε N ή των επιδράσεων που παράγονται από αυτές. Σύμφωνα με τη δεύτερη μέθοδο, όλες οι τιμές του N συγκρίνονται ταυτόχρονα με το X και η τιμή του X καθορίζεται από την τιμή που ταιριάζει με αυτό (με σφάλμα διακριτικότητας) n.
Στη μέθοδο αντιστοίχισης, συνήθως χρησιμοποιούνται πολλοί συγκριτές ταυτόχρονα, ή το X έχει τη δυνατότητα να ενεργεί σε μια κοινή συσκευή που διαβάζει την τιμή N που ταιριάζει.
Γίνεται διάκριση μεταξύ των μεθόδων εξισορρόπησης ίχνους, σάρωσης και δυαδικών ψηφίων, καθώς και μεθόδων αντιστοίχισης ίχνους μέτρησης ή ανάγνωσης, περιοδικής μέτρησης ή περιοδικής καταμέτρησης των αποτελεσμάτων σύγκρισης.
Ψηφιακό πολύμετρο
Τα πρώτα ψηφιακά όργανα μέτρησης στην ιστορία ήταν τα συστήματα χωρικής κωδικοποίησης.
Σε αυτές τις συσκευές (αισθητήρες), σύμφωνα με το σχήμα μέτρησης, η μετρούμενη τιμή μετατρέπεται με τη βοήθεια αναλογικού μετατροπέα σε γραμμική κίνηση ή γωνία περιστροφής.
Επιπλέον, στον μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό, η προκύπτουσα μετατόπιση ή γωνία περιστροφής κωδικοποιείται χρησιμοποιώντας ειδική μάσκα κωδικού, η οποία εφαρμόζεται σε ειδικούς δίσκους κωδικών, τύμπανα, χάρακες, πλάκες, καθοδικούς σωλήνες κ.λπ.
Οι μάσκες δημιουργούν σύμβολα (0 ή 1) του κωδικού αριθμού Ν με τη μορφή αγώγιμων και μη αγώγιμων, διαφανών και αδιαφανών, μαγνητικών και μη μαγνητικών περιοχών κ.λπ. Από αυτές τις περιοχές, οι ειδικοί αναγνώστες αφαιρούν τον εισαγόμενο κωδικό.
Η πιο συνηθισμένη μέθοδος αφαίρεσης σφαλμάτων ασάφειας βασίζεται στη χρήση ειδικών κυκλικών κωδικών, όπου οι γειτονικοί αριθμοί διαφέρουν μόνο σε ένα bit, δηλ. το σφάλμα ανάγνωσης δεν μπορεί να υπερβαίνει το βήμα κβαντισμού. Αυτό επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότι όταν κάθε αριθμός αλλάζει κατά ένα στον κυκλικό κώδικα, αλλάζει μόνο ένας χαρακτήρας (για παράδειγμα, χρησιμοποιείται ο κωδικός Gray).
Ψηφιακός κωδικοποιητής
Ανάλογα με την εφαρμογή του κωδικοποιητή, οι μετατροπείς χωρικής κωδικοποίησης μπορούν να χωριστούν σε μετατροπείς επαφής, μαγνητικούς, επαγωγικούς, χωρητικούς και φωτοηλεκτρικούς (βλ. Πώς λειτουργούν και λειτουργούν οι κωδικοποιητές).
Παραδείγματα ψηφιακών μετρητών: