Цифрові вимірювальні прилади

 

 

АЦП кутового перетворення

 

Спрощена структурна схема АЦП часоімпульсного перетворення

 

Вимірювач інтервалів часу

 

 

Функція  перетворення АЦП

Вимірювач фази

Функція  перетворення АЦП

Функція перетворення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вимірювальны сигнали

Аналогово-цифрове перетворення

Структура ЦВП

Загальна характеристика АЦП

Приклади побудови  ЦП

 

 

 

 

 

За способом перетворення виділяють три основних методи:

Метод послідовного рахунку. При цьому методі (рис. , а) відбувається послідовне в часі порівняння вимірюваної величини x(t) з відомою величиною хкв, що змінюється (зростає або убуває) в часі стрибками, причому кожен стрибок відповідає кроку (ступені) квантування по рівню  q. Число ступенів, при якому наступає рівність хкв = x(t) (з деякою похибкою), дорівнює номеру ототожнюваного рівня квантування. У цьому випадку відома величина відтворюється набором мір, вибраних по одиничній системі счислення.

 

Метод порівняння і віднімання (кодо-імпульсний, порозрядного урівноваження). При цьому методі (рис. , б) відбувається послідовне в часі порівняння вимірюваної величини x(t) з відомою величиною хкв, що змінюється в часі скачками по певному алгоритму. Відома величина відтворюється набором мір, вибраних за певним правилом (виключаючи одиничну систему счислення). Скачки залежать від прийнятого набору мір. Значення відомої величини, при якій наступає рівність хкв = x(t), відповідає номеру певного рівня квантування, тобто певному набору мір. Код, що утворюється в процесі цієї операції, відповідає ототожнюваному рівню.

 

Метод зчитування. При цьому методі (рис.  , в) відбувається одночасне порівняння вимірюваної величини x(t)   з відомими величинами хкв1, хкв2, хкві, , що відтворюються набором мір, вибраних за певним правилом. Відома величина, що рівна вимірюваній (хкві =x(t)), дає номер ототожнюваного рівня квантування.

 

При цьому треба мати на увазі, що ці методи вимагають різного часу вимірювання Тв.  Як видно з рис.   найбільший час вимірювання має метод послідовного рахунку, бо фактично сумується час формування усіх рівнів квантування до зрівняння вимірюваної  x(t) та квантованої xкв величин.

Для кодо-імпульсного методу цей час буде менше, бо зміна квантованої величини xкв відбувається стрибками, що мають вагу певної  суми  одиничних  квантів q(за звичай  2n , де   n=0,1,2,...)

 

По способу преобразования выделяют три основных метода:

Метод последовательного счета. При этом методе (рис. 6.3, а) происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины х с известной величиной хк, изменяющейся (возрастающей или убывающей) во времени скачками, причем каждый скачок соответствует шагу (ступени) квантования по уровню. Число ступеней, при котором наступает равенство хк (О — х  (с некоторой погрешностью), равно номеру отождествляемого уровня квантования. В этом случае известная величина воспроизводится набором мер, выбранных по единичной системе счисления. Возможно инверсное преобразование, при котором известная постоянная величина сравнивается с равномерно квантованной величиной, функционально связанной с измеряемой величиной.

Метод сравнения и вычитания (кодо-импульсный, поразрядного уравновешивания). При этом методе (рис. 6.3, б) происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины х с известной величиной х«, изменяющейся во времени скачками по определенному алгоритму. Известная величина воспроизводится набором мер, выбранных по определенному правилу (исключая единичную систему счисления). Скачки зависят от принятого набора мер. Значение известной величины, при которой наступает равенство хк (/„) = х, соответствует номеру отождествляемого уровня квантования, т. е. определенному набору мер. Код, образуемый в процессе этой операции, ссответствует отождествляемому уровню.

Метод считывания. При этом методе (рис. 6.3, в) происходит одновременное сравнение измеряемой величины х с известными величинами хк1, дгк?, хкі, воспроизводимыми набором мер, выбранных по определенному правилу. Известная величина, равная измеряемой (хкі — х), дает номер отождествляемого уровня квантования.

Классификация ЦИП. Основные метрологические свойства ЦИП без предварительных аналоговых преобразователей определяются способом преобразования непрерывной величины в код, так как дальнейшая передача и преобразования кода практически не вносят погрешности. Поэтому основной классификацией ЦИП (а также АЦП) является классификация по способу преобразования непрерывной измеряемой величины в код. Такая классификация позволяет судить о возможных свойствах прибора по принадлежности ЦИП к определенной группе классификации.

В зависимости от способа преобразования непрерывной величины в код выделяются следующие группы ЦИП.

ЦИП последовательного счета. Эти приборы основаны на исполь- 
зовании метода последовательного счета. Отличительный признак 
таких приборов состоит в том, что значение измеряемой величины 
сначала преобразуется в число-импульсный код, который затем 
преобразуется в другие коды, удобные для управления отсчетным 
устройством и для выдачи кода в другие устройства. (

ЦИП поразрядного уравновешивания (кодо-импульсные) основаны на использовании метода сравнения и вычитания.

ЦИП считывания строятся с использованием метода считывания.

Кроме основной классификации, известны классификации по различным критериям.

По измеряемой величине ЦИП разделяются на вольтметры, частотомеры, фазометры, омметры, вольтомметри и т. д. В зависимости от степени усреднения значений измеряемой величины ЦИП делятся на приборы, измеряющие мгновенное значение, и приборы, измеряющие среднее значение за определенный интервал времени (интегрирующие). Кроме того, все ЦИП делятся на группы по точности, быстродействию, надежности. По режиму работы все ЦИП разделяются на приборы циклические (развертывающие или программные) и приборы следящие.

В циклических (развертывающих) приборах весь процесс преобразования протекает всегда независимо от значения измеряемой величины по заданной программе от начала до конца. В следящих