Digitaaliset mittalaitteet: edut ja haitat, toimintaperiaate
Digitaalinen mittaus on yksi vallankumouksellisimmista tavoista mitata erilaisia fyysisiä suureita läpi ihmiskunnan historian. Voimme sanoa, että yleisesti ottaen tämän tyyppisten laitteiden merkitys on digitaalitekniikan tulon jälkeen määrittänyt suurelta osin koko olemassaolomme tulevaisuuden.
Kaikki mittauslaitteet on jaettu analogisiin ja digitaalisiin.
Digitaalisilla mittareilla on korkea vastenopeus ja korkea tarkkuusluokka. Niitä käytetään mittaamaan monenlaisia sähköisiä ja ei-sähköisiä suureita.
Toisin kuin digitaaliset analogiset laitteet, ne eivät tallenna mitattuja tietoja eivätkä ole yhteensopivia digitaalisten mikroprosessorilaitteiden kanssa. Tästä syystä jokainen sillä tehty mittaus on kirjattava, mikä voi olla työlästä ja aikaa vievää.
Digitaalisten mittareiden suurin haitta on, että ne tarvitsevat ulkoisen virtalähteen tai akun latauksen tietyn ajan kuluttua.Myös digitaalisten laitteiden tarkkuus, nopeus ja tehokkuus tekevät niistä kalliimpia kuin analogiset laitteet.
Digitaaliset mittalaitteet - laitteet, joissa mitattua analogista tuloarvoa X verrataan automaattisesti empiirisesti tunnetun (näyte)arvon N diskreetteihin arvoihin ja mittaustulokset annetaan digitaalisessa muodossa (Miten analogiset, diskreetit ja digitaaliset signaalit eroavat toisistaan?).
Digitaalisen volttimittarin lohkokaavio
Suorittaessa vertailevia operaatioita digitaalisissa mittalaitteissa kvantisoidaan jatkuvien mittaussuureiden arvojen taso ja aika. Mittaustulos (mittausarvon numeerinen ekvivalentti) muodostetaan digitaalisten koodaustoimintojen suorittamisen jälkeen ja esitetään valitulla koodilla (näyttöä varten desimaali tai jatkokäsittelyä varten binääri).
Digitaalinen valomittari
Vertailutoiminnot digitaalisissa mittalaitteissa suoritetaan erityisillä vertailulaitteilla. Yleensä mittauksen lopullinen tulos tällaisissa laitteissa saadaan varastoinnin ja erillisten toimintojen tulosten tietyn käsittelyn jälkeen analogisen arvon X vertaamiseksi näytearvon N erilaisiin diskreetteihin arvoihin (X:n tunnettujen murto-osien vertailu N:ään). sama arvo voidaan myös tehdä).
X:n numeerinen vastine esitetään mittauslaitteelle lähtölaitteiden avulla havaittavissa olevassa muodossa (digitaalinen näyttö) ja tarvittaessa muodossa, joka sopii syötettäväksi elektroniseen tietokoneeseen (tietokoneeseen) tai automaattiseen ohjausjärjestelmään (digitaaliset ohjaimet, ohjelmoitavat logiikkaohjaimet, älykkäät releet, taajuusmuuttajat).Toisessa tapauksessa laitteita kutsutaan useimmiten digitaalisiksi antureiksi.
Digitaalinen nonometri
Yleensä digitaaliset mittalaitteet sisältävät analogia-digitaalimuuntimia, yksikön referenssiarvon N tai joukon ennalta määritettyjä N:n arvoja, vertailulaitteita, logiikkalaitteita ja lähtölaitteita.
Automaattisissa digitaalisissa mittauslaitteissa tulee olla niiden toiminnallisten yksiköiden toimintaa ohjaava laite, joka voi sisältää tarvittavien toimintolohkojen lisäksi ylimääräisiä, esim. jatkuvien arvojen X muuntimia jatkuvatoimisiksi väliarvoiksi.
Tällaisia muuntimia käytetään mittalaitteissa, joissa väli-X voidaan mitata helpommin kuin alkuperäinen. Usein turvaudutaan X:n muuntamiseen sähköisiksi suureiksi mitattaessa erilaisia ei-sähköisiä suureita, sähköisiä puolestaan usein esitetään vastaavilla aikaväleillä ja niin edelleen.
Katso myös:
Analogi-digitaalimuuntimet (ADC) ovat laitteita, jotka hyväksyvät analogisia tulosignaaleja ja vastaavasti niiden digitaalisia lähtösignaaleja, jotka soveltuvat työskentelyyn tietokoneiden ja muiden digitaalisten laitteiden kanssa, ts. yleensä fyysinen signaali muunnetaan ensin analogiseksi (samanlainen kuin alkuperäinen signaali) ja sitten analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi.
Digitaalisissa mittareissa käytetään erilaisia automaattisia mittausmenetelmiä ja mittauspiirejä. Erillinen n määrittää ensisijaisesti vertailumenetelmien spesifisyyden.
X ja N voidaan verrata tasapainotus- ja sovitusmenetelmillä. Ensimmäisessä menetelmässä N:n arvojen muutosta ohjataan, kunnes varmistetaan X:n arvojen yhtäläisyys (diskreettisyysvirheellä) N:ssä tai niiden tuottamissa vaikutuksissa. Toisen menetelmän mukaan kaikkia N:n arvoja verrataan samanaikaisesti X:n kanssa, ja X:n arvo määräytyy sitä vastaavan arvon mukaan (diskreettisyysvirheellä) n.
Sovitusmenetelmässä käytetään yleensä useita vertailijoita samanaikaisesti tai X:llä on kyky vaikuttaa yhteiseen laitteeseen, joka lukee sitä vastaavan N-arvon.
Erotetaan jäljitys-, pyyhkäisy- ja bittitasapainotusmenetelmät sekä laskentajäljitys- tai lukujäljityssovitusmenetelmät, jaksollinen laskenta tai vertailutulosten jaksollinen laskenta.
Digitaalinen yleismittari
Historian ensimmäiset digitaaliset mittauslaitteet olivat spatiaaliset koodausjärjestelmät.
Näissä laitteissa (antureissa) mittauskaavion mukaisesti mitattu arvo muunnetaan analogisen muuntimen avulla lineaariliikkeeksi tai kiertokulmaksi.
Lisäksi analogia-digitaalimuuntimessa tuloksena oleva siirtymä tai kiertokulma koodataan erityisellä koodimaskilla, jota sovelletaan erityisiin koodilevyihin, rumpuihin, viivoimiin, levyihin, katodisädeputkiin jne.
Maskit luovat numeron N-koodin symboleja (0 tai 1) johtavien ja ei-johtavien, läpinäkyvien ja läpinäkymättömien, magneettisten ja ei-magneettisten alueiden jne. muodossa. Näiltä alueilta erikoislukijat poistavat syötetyn koodin.
Yleisin menetelmä epäselvyysvirheiden poistamiseksi perustuu erityisten syklisten koodien käyttöön, jolloin vierekkäiset luvut eroavat toisistaan vain yhdellä bitillä, ts. lukuvirhe ei voi ylittää kvantisointivaihetta. Tämä saavutetaan johtuen siitä, että kun jokaista numeroa muutetaan yhdellä syklisessä koodissa, vain yksi merkki muuttuu (käytetään esimerkiksi harmaakoodia).
Digitaalinen kooderi
Anturin toteutuksesta riippuen spatiaaliset koodausmuuntimet voidaan jakaa kosketus-, magneetti-, induktiivi-, kapasitiivi- ja valosähköisiin muuntimiin (katso — Kuinka kooderit toimivat ja toimivat).
Esimerkkejä digitaalisista mittareista: