Лекции по "Метрологии"

  Обязательным элементом прибора является аналоговый цифровой преобразователь(АЦП). Назначение АЦП - преобразование аналоговой величины в код. Для образования кода измеряется величина дискретизируется во времени и квантуется по уровню. Промежуток между двумя соседними моментами дискретизации называется шагом дискретизации (м.б. постоянным и переменным), а промежуток между двумя ближайшими уровнями называется ступенью или шагом квантования. 
 
 

  При этом возникают погрешности дискретизации и квантования. Иногда возникает необходимость восстанавливать все значения непрерывно измеряемой величины по ряду измеренных мгновенных значений. При этом всегда присутствует погрешность аппроксимации. 

  Основные методы преобразования аналоговой величины в код.

  (1). Метод последовательного счёта. 
 
 

  (2). Метод сравнения и вычитания. 
 
 

  (3). Метод считывания.    Одновременное сравнение измеряемой величины с несколькими уровнями. 
 

  Классификация ЦИП: 1). По способу преобразования непрерывной измеряемой величины в код: ЦИП последовательного счёта, ЦИП поразрядного уравновешивания, ЦИП считывания; 2). По измеряемой величине: вольтметры, фазометры, омметры; 3). По степени усреднения: приборы, измеряющие мгновенное значение,  среднее; 4). По режиму работы: циклические, следящие.

  Узлы ЦИП:

  1).Тригер - устройство с двумя состояниями устойчивого равновесия, способное скачкообразно переходить из одного состояния в другое с помощью внешнего сигнала. Новое устойчивое состояние сохраняется до тех пор пока другой внешний сигнал не изменит его (ручка с кнопкой).

  2). Пересчётное устройство (счётчики импульса).

  Тригер является пересчётным устройством с коэффициентом пересчёта =2. 
 
 
 

  Если соединить несколько (n) тригеров последовательно, то получим коэффициент пересчёта 2ⁿ.

  3).Индикаторы: сегментные, газоразрядные

  4).Ключи и логические элементы.

  Ключ - устройство, выполняющее функцию выключателей и переключателей.

  Различают: а). цифровые, б).аналоговые.

  а). Для коммутации сетей, имеющих всего два уровня. В качестве ключей используют электрические реле и электронные ключи на базе диодов. Достоинство электромеханических ключей - лучшие ключевые характеристики. Недостатки: высокая инерционность, низкая надёжность. 
 
 

  5). Дешифратор.    Для преобразования параллельных кодов одного вида в параллельные коды другого вида.

  Главным образом используются для преобразования двоично-десятичного и тетрайдно-десятичных кодов в параллельный код для управления знаковых индикаторов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  6). Сравнивающее устройство(компаратор).    Для сравнения двух величин и формирования выходного сигнала в зависимости от результата сравнения. 
 

  Цифровые приборы последовательного счёта.

  1). Прибор для измерения интервала времени. (непосредственно преобразования в код временных интервалов).

  Временной интервал м.б. измерен путём подсчёта числа квантующих импульсов стабильной частоты, прошедших на счётчик импульсов за время t_X (за время измерения).

  ЭК - электронный ключ; ГИ - генератор импульсов; Сч - счётчик; ЦОУ - цифровое отсчётное устройство, Тг - триггер. 
 
 
 

  2). Фазометры. 
 
 
 

  Ф₁,Ф₂  - формирователи;  БВВИ - блок выделения временного интервала.

  Прибор предназначен для измерения сдвига фазы между двумя напряжениями U_X1, U_X2. 
 

  Кроме непосредственно преобразования в код интервала времени ЦП используется непосредственно для преобразования в код частоты, напряжения постоянного тока, перемещения и некоторых других величин. 

  ЦП поразрядного уравновешивания.

  Вольтметр постоянного тока. 
 
 
 

  ВД - входной делитель; СУ - сравнивающее устройство; УУ - устройство управления.

  Измеряемое напряжение U_X поступает на ВД, переключаемый вручную или автоматически. При малых значениях измеряемого напряжения на входе устанавливается усилитель. С ВД напряжение подаётся на СУ, на второй вход которого подаётся напряжение сравнения U_K снимаемого с цифрового аналогового преобразователя. В зависимости от (U_X -U_K) соответствий сигнал поступает в устройство управления, которое переключает поддиапазон входного делителя U  ЦАП. Повторяется пока U_X^I  пропорционально U_X.  На том же принципе выполняются вольтметры переменного тока.

  Цифровые приборы считывания.

  Предназначены для измерения перемещения. Прибор для измерения углового перемещения.