Jdi na obsah Jdi na menu
 


Číslicové Měřící Přístroje

1.Základní pojmy.

V číslicových vpltmetrech je velikost měřené veličiny vyhodnocena čiselným údajem.

Výhody:

·         Odstraňují subjektivní (osobní) chybu při měření

·         Dosahují větší přesnosti v měření (až 0,001%)

·         Přepínání rozsahů je automatické

·         umožňuje zpracování a přenos dat za pomoci výpočetní techniky

·         Dosahuje větší rychlosti měření (10-1 až 10-9s)

Základem těchto přístrojů je digitalizace = převod Analogové ve. na číslicovou. Digitalizace se provadí AD přvodníkem.

Obrazek

AD převodník s paralelním a sériovým výstupem. Seriový má pouze 1 výstupní vodič. Rychlost výstupu je dána taktovacím kmitočtem obvodu. Seriový má výhodu v počtu vodičů (výstupů) ale převod je pomalejší.

Digit (kvant, kvantovací krok) je rozdíl dvou sousedních napěťových úrovní, které je převodník schopen rozlišit a to jako změnu log0-1 nebo log1-0 nejnižšího bitu (jinak řečeno bitu s nejnižší váhou).

Počet těchto kvant neboli kvantovacích úrovní je dán počtem bitů výstupního slova použitého převodníku. Používáné převodníky mají na výstupu 8-24bitů.

Př: AD převodník má na výstupu počet bitů n =8 a základní vstupní napěťový rozsah UVST=200mV

počet kvantovacích úrovních je roven         k=2n-1 = 28-1 = 255

velikost jednoho je pak rovna

                  UVST               200mV

   1kvant=----------- = --------------- = 0,8mV

                                      28 – 1

Převodní charakteristika převodníku je závislost bitové kombinace na výstupu na velikosti vstupního napětí.

Kvantovací chyba převodníku je základní chyba převodníku. Její velikost nepřímo úměrná závisí na počtu bitů na výstupu a je dána

                    1

δ% = --------------- * 100%                          pro 8 bitový převodník δ% = 1 / (28 – 1) * 100% = 0,39%

           2n – 1                                                pro 12 bitový převodník δ% = 1 / (212 – 1) * 100% = 0,098%

Chyby číslicových měřících přístrojů můžeme rozdělit na dvě skupiny a to:

1.        Pevné, nezávislé na velikosti měřené veličiny. Sem patří chyba kvantování. Tato chyba znamená, že údaj na displeji se může lišit od skutečné hodnoty +1/2 kvanta. (Chyba je stejná při všech výchylkách měření.)

2.        Chyba závislá na velikosti měřeného signálu. Sem patří chyba přesnosti odporů vstupního děliče, chyba linearity zesilovačů a usměrňovače měřeného napětí atd

Pozn.: linearita elektronického obvodu je dána průběhem závislosti  U2 = f (U1) = k * U1. Která by měla být lineární v celé pracovní oblasti.

Velikost chyby číslicových měř. přístrojů se pak udává jako součet obou chyb : δ = δr  + δ2

kde δr  je chyba udaná v počtu kvantů posledního řádu displeje, tj. chyba nezávislá na velikosti měřené veličiny

δ2 je chyba v % z naměřené hodnoty, tj. chyba závislá na velikosti meř. veličiny.

Digit je název pro jednotku posledního, tj.nejnižšího řádu displeje a přibližně se rovná velikosti jednoho kvantu použitého AD převodníku..

Displej číslicových měřících přístroju mívá 3 – 8 dekadických řádů.

2.AD převodníky, používané v číslicových měřících přístrojích.

Princip funce všech AD převodníku je založen na mezipřvodu dané analogové veličiny na fyzikální veličinu.

1. Převodník Integrační neboli převodník s kmitočtově impulzním kódováním. Nejdříve převede měřenou veličinu na časový interval.Časový interval se pak měří číslicově metodou používanou v číslicových měřících kmitočtu či času.

Obrazekobr:2:: základní blokové schéma a princip integračního převodu

Bloky GP a K slouží pro převod měřeného analogového napětí na časový interval, zbývající obvody slouží pro měření délky tohoto časového intervalu.

GP – generátor pilovitého napětí.

K – Komparátor = porovnává napětí Ux a Up. Výstupní napětí nabývá 2hodnot Up > Ux a Up < Ux

GI – přesný a stabilní krystalový generátor impulzů

H – Hradlo (log obvod součin), slouží jako vstup do čitače impulzů Č

ZJ- zobrazovací jednotka s pamětí a dekodérem, převadí počet impulzů nas velikosti napětí Ux a kód použité zobrazovací jednotky

Převodníky se používají v lerpších odměnách než v základním a používají se hlavně v multimetrech a to jak v servisních, tak přesných laboratorních.

Základní vlastnosti integračních převodníků : Pomalé, odolné proti rušivým vnapětím na vstupu, Vysoká přesnost měření, Vyrábí se jak 8–16 bitové s 3–6 dekadickými číslicemi displeje, použití pro levné servis. a laborator. přístroje.

2.Převodník napětí – kmitočet jeho základem je napětím řízený oscilátor a obvody pro měření jeho kmitočtu.

Oscilátor vyrábí signál obdélníkového tvaru, jehož kmitočet se mění lineárně v závislosti na přivedeném vstupním napětí. Kmitočet se pak měří číslicově.

Obrazekobr:3: Základní blok. schéma číslic. V metru s převodníkem napětí – kmitočet.

VCO – napětím řízený oscilátor, kmitočet jeho výstupního signálu je přímo úměrný měřenému napětí Ux

Č – čítač – změří číslicově kmitočet výst. signálu, jehož velikost je přímo úměrná měřenému napětí Ux

ZJ – zobrazovací jednotka a ekodér (převede velikost naměřeného kmitočtu impulzů na odpovídající velikost napětí Ux a pak do kodu použité zobrazovací jednotky)

Vlastnosti : velmi dobrá linearita, velmi dobrá odolnost proti rušení Použití v automatizační technice.

3. Číslicové měřící přístroje – multimetry.

Základem každého číslicového měřícího přístroje je ss elektronický číslicový voltmetr. Ten je realizován AD a pomocnými obvody, jako jsou vstupní obvody a zobrazovací jednotka.

Obrazekobr.4: Základní blokové schéma číslicového voltmetru.

VO – vstupní obvod – slouží pro úpravu měřeného napětí, aby jej bylo možné zpracovat v dalších obvodech. Koná se to pomoci děliči (zvišuje a zmenšuje). Jednoduché voltmetry většinou vstupní zesilovače namají.

AD převodník – převádí analogové napětí na číslicovou podobu

ZJ - zobrazovací jednotka

V přístrojích univerzálních, tj. multimetrech, ss musí pro měření jiných veličin než je ss napětí použit vhodných převodníků na ss napětí.

 Obrazek

obr.5: Základní blokové schéma číslicového multimetru.

VD – vstupní děliče pro úpravu velikosti měřeného napětí

P1 – převodník proudu – napětí

P2 – převodník odpor – napětí

P3 – převodník stř –ss napětí

MZ – měřící zesilovač

AD – integrační AD převodník

ZJ – zobrazovací jednotka s pamětí a dekodérem

ŘJ – řídící mikroprocesorová jednotka, slouží pro přepínání rozsahů, autokalibraci atd