4.2 Класифікація цифрових вимірювальних приладів

Узагальнена структурна схема ЦВП (рис.4.2) складається з вимірювального перетворювача вхідної електричної величини X у вихідну електричну величину Х_і, достатню для надійної роботи аналого-цифрового перетворювача A/D, перетворювачів код-код D/D і цифрового відлікового пристрою ВП.

Рисунок 4.2

Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) перетворює аналогову (вимірювану) величину в цифровий двійковий код, а ВП відображає це значення в десятковій системі числення.

Аналого-цифрові перетворювачі - не тільки складова частина ЦВП, вони можуть і самостійно використовуватись у вимірювальних, інформаційних, керувальних та інших системах. АЦП випускаються промисловістю як автономні пристрої, котрі на відміну від ЦВП не мають цифрового відлікового пристрою; вони формують на виході тільки двійковий код. Порівняно з цифровими вимірювальними приладами АЦП виконуються більш швидкодійними, але менш точними, найчастіше вони мають один діапазон для однієї вимірюваної величини.

Крім АЦП до цифрових перетворювачів відносяться цифро-аналогові перетворювачі ЦАП, які призначені для перетворювання двійкового коду в аналогову квантовану величину. Такі перетворювачі застосовуються не лише як вузол ЦВП і АЦП, а й як автономні пристрої.

Необхідність перетворювачів код-код D/D пояснюється тим, що код, потрібний для роботи цифрового відлікового пристрою, може не відповідати вихідному коду А/D. На виході А/D найчастіше формується двійковий код, а оператору для сприйняття найбільш зручний десятковий. У цьому зв’язку перетворювач код-код D/D₁ перетворює двійковий код N на двійково-десятковий N_ЦВП, який потім подається на цифровому відліковому пристрої у десятковій системі числення. Другий перетворювач код-код D/D₂ необхідний для уніфікації коду і подальшого спряження з персональними комп’ютерами.

Класифікація ЦВП аналогічна класифікації методів прямих вимірювань, які поділяються на методи зіставлення і зрівноважування.

Відповідно, залежно від методу вимірювання, який реалізується, ЦВП поділяються на прилади зіставлення і зрівноважування. Структурні схеми ЦВП зіставлення розімкнені, а ЦВП зрівноважування - замкнені.

Структурна схема ЦВП розімкненого типу містить ряд послідовно ввімкнених вимірювальних перетворювачів, кожний з яких може бути охоплений власним зворотним зв’язком.

Характерною особливістю структури таких вимірювальних пристроїв є відсутність загального зворотного зв’язку з виходу на вхід. Засоби вимірювання цього типу характеризуються більш високою швидкодією і більшою похибкою порівняно з ЦВП зрівноважування.

Характерною рисою структури замкненого типу є наявність загального зворотного зв’язку з виходу на вхід, тобто вхідна величина у процесі перетворювання зрівноважується вихідною величиною. Цифрові прилади зрівноважування поділяються на прилади слідкувального і розгортального зрівноважування.

У цифрових слідкувальних приладах компенсувальна величина постійно слідкує за змінами вхідної величини.

У цифрових приладах розгортального зрівноважування компенсувальна величина змінюється примусово циклами, які повторюються за раніше заданою програмою в бік збільшення чи зменшення керувальним автоматом і мірою. В свою чергу ЦВП розгортального зрівноваження реалізують алгоритми послідовного наближення або порозрядного зрівноваження.

В інфомаційно-вимірювальній техніці переважного значення набув розвиток засобів вимірювань електричних величин (напруги, частоти, різниці фаз, параметрів електричних кіл), оскільки більшість фізичних величин у процесі вимірювання перетворюються на електричні, як найбільш зручні для передавання, порівняння, відтворення і вимірювання. Отже, за видом вхідної (вимірюваної) величини ЦВП поділяються на цифрові частотоміри, фазометри, вольтметри та вимірювачі параметрів електричних кіл. Якщо Х є аналоговою величиною, зручною для квантування, тобто інтервалом часу Т_X, частотою f_X, фазою , або напругою U_X, то застосовують розімкнену схему цифрового приладу зіставлення з перетворювачем Т_X-код, f_X - код, - код або U_X - код.