Обобщённая структурная схема цифровых измерительных приборов.
Цифровые приборы — это приборы, принцип действия которых основан на квантовании измеряемой или пропорциональной ей величины. Показания таких приборов представлены в цифровой форме. Наличие операции квантования приводит к появлению у цифровых приборов специфических свойств, обуславливающих существенные различия в методах выбора, анализа, описания и нормирования метрологических характеристик по сравнению с аналоговыми приборами.
В процессе квантования бесконечному множеству значений измеряемой величины ставится в соответствие конечное и счетное множество возможных показаний цифрового прибора. Их число определяется схемой аналого-цифрового преобразователя, выполняющего в цифровом приборе операцию квантования. Одновременно с квантованием, как правило, осуществляется дискретизация по времени измерительных сигналов. Квантование и дискретизация рассмотрены в разд. 10.5. Структурная схема цифрового прибора показана на рис. 11.17.
Измеряемая физическая величина X воздействует на первичный измерительный преобразователь (ПП), имеющий коэффициент преобразования Кпп. Он преобразует величину X в электрический сигнал, в качестве которого используется главным образом напряжение. В рассматриваемом случае u = KппX. Это напряжение в свою очередь поступает на масштабный измерительный преобразователь (МП), необходимый для изменения пределов измерения цифрового прибора. Он может иметь разное число диапазонов измерения: от 1 до NП. Диапазон изменения измеряемой величины X разбивается на NП поддиапазонов: X1min,..., X1max; X2min,..., Х2maх; XNпmin,…, XNпmax, где Ximin,..., Ximax - минимальные и максимальные точки 1-го диапазона измерений.
Среди диапазонов измерения выбираются основной и дополнительные. Основным считается тот диапазон, на котором измеряемая величина претерпевает наименьшее число преобразований на пути от входа прибора до входа АЦП. Все остальные диапазоны считаются дополнительными. На практике возникают ситуации, когда выделить основной диапазон по указанным признакам невозможно. В этом случае в качестве основного выбирают диапазон с наименьшими пределами допускаемых погрешностей или устанавливают его по соглашению.
Важной характеристикой цифрового прибора является метод преобразования аналоговой измеряемой величины в ее цифровой эквивалент, реализованный в АЦП. Принято отождествлять принцип действия цифрового измерительного прибора с принципом действия АЦП, входящего в его состав. В настоящее время разработано и используется в СИ большое число [66] различных методов преобразования. К основным из них относятся методы поразрядного уравновешивания (метод последовательных приближений), двойного интегрирования и преобразования напряжения в частоту.
Метрологические свойства АЦП и цифрового прибора в целом существенно зависят от номинальной ступени квантования АЦП
Входные аналоговые измерительные цепи цифровых измерительных приборов.
Аналоговые электроизмерительные приборы
Классификация АЭП представлена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Классификация АЭП
В АЭП прямого преобразования входной сигнал х преобразуется одним или несколькими преобразователями П1,….,Пn в одном направлении от входа к выходу.
Рисунок 1.4 - Структурная схема АЭП прямогопреобразовани
В АЭП уравновешенного (компенсационного) преобразования входная величина x компенсируется величиной x′, представляющей собой выходную величину y, преобразованную цепью обратного преобразования. В этой группе АЭП вся цепь прямого преобразования охвачена отрицательной обратной связью (ООС).
Рисунок 1.5 - Структурная схема АЭП компенсационного преобразования
Если в структуру АЭП введена ООС, охватывающая не все звенья цепи прямого преобразования, то такие АЭП следует отнести к разряду приборов смешанного преобразования (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 - Структурная схема АЭП смешанного преобразования
1.4 Метрологические характеристики и параметры аналоговых электроизмеритетельных приборов
Технические характеристики СИ влияющие на результаты и погрешности измерений называются метрологическими характеристиками. Подаваемый на вход АЭП сигнал характеризуется, как правило, рядом параметров.
Информативным параметром входного сигнала называют параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемым свойством или являющийся самим измеряемым свойством объекта.
Неинформативным параметром входного сигнала называют параметр входного сигнала, не связанный функционально с измеряемым свойством объекта измерения.
Информативным параметром выходного сигнала называют параметр выходного сигнала функционально связанный с информативным параметром входного сигнала преобразователя или являющийся выходной величиной меры.
Неинформативный параметр выходного сигнала – это параметр выходного сигнала не связанный функционально с информативным параметром входного сигнала преобразователя или не являющийся выходной величиной меры.