Digitālās mērierīces: priekšrocības un trūkumi, darbības princips
Digitālā mērīšana ir viens no revolucionārākajiem veidiem, kā izmērīt dažādus fiziskos lielumus visā cilvēces vēsturē. Varam teikt, ka kopumā kopš digitālo tehnoloģiju parādīšanās šāda veida ierīču nozīme lielā mērā ir noteikusi visas mūsu pastāvēšanas nākotni.
Visas mērīšanas ierīces ir sadalītas analogajās un digitālajās.
Digitālajiem skaitītājiem ir augsts reakcijas ātrums un augsta precizitātes klase. Tos izmanto, lai izmērītu plašu elektrisko un neelektrisko lielumu diapazonu.
Atšķirībā no digitālajām analogajām ierīcēm, tās nesaglabā izmērītos datus un nav saderīgas ar digitālo mikroprocesoru ierīcēm. Šī iemesla dēļ ir nepieciešams reģistrēt katru ar to veikto mērījumu, kas var būt nogurdinošs un laikietilpīgs.
Galvenais digitālo skaitītāju trūkums ir tāds, ka tiem ir nepieciešams ārējs barošanas avots vai akumulatora uzlāde pēc noteikta laika.Turklāt digitālo ierīču precizitāte, ātrums un efektivitāte padara tās dārgākas nekā analogās ierīces.
Digitālās mērierīces — ierīces, kurās izmērītā ieejas analogā vērtība X tiek automātiski empīriski salīdzināta ar zināmās (parauga) vērtības N diskrētajām vērtībām un mērījumu rezultāti tiek sniegti digitālā formā (Kā atšķiras analogie, diskrētie un digitālie signāli?).
Digitālā voltmetra blokshēma
Veicot salīdzinošās darbības digitālajos mērinstrumentos, tiek kvantificēts nepārtraukti izmērīto lielumu vērtību līmenis un laiks. Mērījumu rezultāts (izmērītās vērtības skaitliskais ekvivalents) tiek veidots pēc ciparu kodēšanas operāciju veikšanas un tiek attēlots izvēlētajā kodā (decimālskaitlis displejam vai binārs tālākai apstrādei).
Digitālais gaismas mērītājs
Salīdzināšanas darbības digitālajās mērierīcēs veic ar īpašām salīdzināšanas ierīcēm. Parasti galīgo mērījumu rezultātu šādās ierīcēs iegūst pēc atsevišķu darbību rezultātu uzglabāšanas un noteiktas apstrādes, lai salīdzinātu analogo vērtību X ar dažādām diskrētām parauga vērtības N vērtībām (zināmo X daļu salīdzinājums ar N var izdarīt arī ar tādu pašu vērtību).
X skaitlisko ekvivalentu mērierīcē uzrāda ar izvadierīču palīdzību uztverei ērtā formā (digitālais displejs) un, ja nepieciešams, formā, kas ir ērta ievadīšanai elektroniskā datorā (datorā) vai automātiskā vadības sistēmā. (digitālie kontrolieri, programmējamie loģiskie kontrolleri, viedie releji, frekvences pārveidotāji).Otrajā gadījumā ierīces visbiežāk sauc par digitālajiem sensoriem.
Digitālais nonometrs
Parasti digitālās mērierīces satur analogo-digitālo pārveidotājus, vienību atsauces vērtības N ģenerēšanai vai iepriekš noteiktu N vērtību kopu, komparatorus, loģiskās ierīces un izvadierīces.
Automātiskajām digitālajām mērierīcēm ir jābūt ierīcei, kas kontrolē to funkcionālo vienību darbību.Ierīce papildus nepieciešamajiem funkcionālajiem blokiem var saturēt papildus, piemēram, nepārtrauktu vērtību X pārveidotājus uz nepārtrauktām starpvērtībām.
Šādus pārveidotājus izmanto mērinstrumentos, kur starpproduktu X var izmērīt vieglāk nekā oriģinālo. X pārvēršana elektriskos lielumos bieži tiek izmantota, mērot dažādus neelektriskus lielumus, savukārt elektriskos bieži attēlo ar līdzvērtīgiem laika intervāliem utt.
Skatīt arī:
Kā analogā signāla pārveidošana digitālā formā tiek veikta, izmantojot digitālā termometra piemēru
Analogie uz ciparu pārveidotāji (ADC) ir ierīces, kas pieņem ieejas analogos signālus un attiecīgi to izejas ciparu signālus, piemērotas darbam ar datoriem un citām digitālajām ierīcēm, t.i. parasti fiziskais signāls vispirms tiek pārveidots par analogo (līdzīgs sākotnējam signālam) un pēc tam analogais signāls tiek pārveidots par ciparu.
Digitālie skaitītāji izmanto dažādas automātiskās mērīšanas metodes un mērīšanas shēmas. Atsevišķs n galvenokārt nosaka salīdzināšanas metožu specifiku.
X un N var salīdzināt ar balansēšanas un saskaņošanas metodēm. Pirmajā metodē N vērtību izmaiņas tiek kontrolētas, līdz tiek nodrošināta X vērtību vienādība (ar diskrētuma kļūdu) N vai to radītie efekti. Saskaņā ar otro metodi visas N vērtības tiek salīdzinātas vienlaikus ar X, un X vērtību nosaka vērtība, kas tai atbilst (ar diskrētuma kļūdu) n.
Saskaņošanas metodē parasti tiek izmantoti vairāki salīdzinājumi vienlaikus, vai arī X ir iespēja iedarboties uz kopīgu ierīci, kas nolasa tai atbilstošo N vērtību.
Tiek izšķirtas izsekošanas, slaucīšanas un bitu balansēšanas metodes, kā arī skaitīšanas trasēšanas vai nolasīšanas trases saskaņošanas metodes, periodiskā skaitīšana vai salīdzināšanas rezultātu periodiskā skaitīšana.
Digitālais multimetrs
Pirmie digitālie mērinstrumenti vēsturē bija telpiskās kodēšanas sistēmas.
Šajās ierīcēs (sensoros) saskaņā ar mērījumu shēmu izmērītā vērtība ar analogā pārveidotāja palīdzību tiek pārvērsta lineārā kustībā vai griešanās leņķī.
Turklāt analogā-digitālā pārveidotājā iegūtais nobīdes vai griešanās leņķis tiek kodēts, izmantojot īpašu koda masku, kas tiek uzklāta uz īpašiem koda diskiem, bungām, lineāliem, plāksnēm, katodstaru lampām utt.
Maskas veido skaitļa N koda simbolus (0 vai 1) vadošu un nevadošu, caurspīdīgu un necaurspīdīgu, magnētisku un nemagnētisku reģionu utt. No šīm zonām speciālie lasītāji noņem ievadīto kodu.
Visizplatītākā neskaidrības kļūdu novēršanas metode ir balstīta uz īpašu ciklisku kodu izmantošanu, kur blakus esošie skaitļi atšķiras tikai ar vienu bitu, t.i. lasīšanas kļūda nedrīkst pārsniegt kvantēšanas soli. Tas tiek panākts tāpēc, ka cikliskajā kodā mainot katru skaitli par vienu, tiek mainīta tikai viena rakstzīme (piemēram, tiek izmantots pelēkais kods).
Digitālais kodētājs
Atkarībā no kodētāja ieviešanas telpiskās kodēšanas devējus var iedalīt kontakta, magnētiskajos, induktīvajos, kapacitatīvos un fotoelektriskos devējos (sk. Kā darbojas un darbojas kodētāji).
Digitālo skaitītāju piemēri: