Digitálne meracie prístroje: výhody a nevýhody, princíp činnosti
Digitálne meranie je jedným z najrevolučnejších spôsobov merania rôznych fyzikálnych veličín v celej histórii ľudstva. Môžeme povedať, že vo všeobecnosti od nástupu digitálnych technológií dôležitosť tohto typu zariadení do značnej miery určuje budúcnosť celej našej existencie.
Všetky meracie prístroje sú rozdelené na analógové a digitálne.
Digitálne merače majú vysokú rýchlosť odozvy a vysokú triedu presnosti. Používajú sa na meranie širokého rozsahu elektrických a neelektrických veličín.
Na rozdiel od digitálnych analógových zariadení neukladajú namerané údaje a nie sú kompatibilné s digitálnymi mikroprocesorovými zariadeniami. Z tohto dôvodu je potrebné zaznamenávať každé meranie s ním vykonané, čo môže byť únavné a časovo náročné.
Hlavnou nevýhodou digitálnych meračov je, že po určitom čase potrebujú externý zdroj energie alebo nabitie batérie.Presnosť, rýchlosť a efektívnosť digitálnych zariadení ich robí drahšími ako analógové zariadenia.
Digitálne meracie prístroje — prístroje, v ktorých sa nameraná vstupná analógová hodnota X automaticky empiricky porovnáva s diskrétnymi hodnotami známej (vzorkovej) hodnoty N a výsledky merania sú uvedené v digitálnej forme (Ako sa líšia analógové, diskrétne a digitálne signály?).
Bloková schéma digitálneho voltmetra
Pri vykonávaní porovnávacích operácií v digitálnych meracích prístrojoch sa kvantuje úroveň a čas hodnôt spojitých meraných veličín. Výsledok merania (číselný ekvivalent nameranej hodnoty) sa vytvorí po vykonaní operácií digitálneho kódovania a prezentuje sa vo vybranom kóde (desatinný na zobrazenie alebo binárny na ďalšie spracovanie).
Digitálny merač svetla
Porovnávacie operácie v digitálnych meracích prístrojoch sa vykonávajú špeciálnymi porovnávacími prístrojmi. Zvyčajne sa konečný výsledok merania v takýchto zariadeniach získa po uložení a určitom spracovaní výsledkov samostatných operácií na porovnanie analógovej hodnoty X s rôznymi diskrétnymi hodnotami hodnoty vzorky N (porovnanie známych frakcií X s N rovnakej hodnoty.
Číselný ekvivalent X je prezentovaný meraciemu zariadeniu pomocou výstupných zariadení vo forme vhodnej na vnímanie (digitálny displej) a v prípade potreby vo forme vhodnej na vstup do elektronického počítača (počítača) alebo do automatického riadiaceho systému (digitálne regulátory, programovateľné logické automaty, inteligentné relé, frekvenčné meniče).V druhom prípade sa zariadenia najčastejšie nazývajú digitálne snímače.
Digitálny nonometer
Digitálne meracie prístroje vo všeobecnosti obsahujú analógovo-digitálne prevodníky, jednotku na generovanie referenčnej hodnoty N alebo sadu preddefinovaných hodnôt N, komparátory, logické zariadenia a výstupné zariadenia.
Automatické digitálne meracie prístroje musia mať zariadenie, ktoré riadi činnosť ich funkčných celkov. Prístroj môže okrem potrebných funkčných blokov obsahovať aj ďalšie, napríklad prevodníky spojitých hodnôt X na medziľahlé spojité hodnoty.
Takéto prevodníky sa používajú v meracích prístrojoch, kde medziprodukt X možno ľahšie merať ako originál. K premene X na elektrické veličiny sa často pristupuje pri meraní rôznych neelektrických veličín, elektrické sú zase často reprezentované ekvivalentnými časovými intervalmi a pod.
Pozri tiež:
Ako sa vykonáva prevod analógového signálu na digitálnu formu na príklade digitálneho teplomera
Analógovo-digitálne prevodníky (ADC) sú zariadenia, ktoré prijímajú vstupné analógové signály a podľa toho aj ich výstupné digitálne signály, vhodné na prácu s počítačmi a inými digitálnymi zariadeniami, t.j. zvyčajne sa fyzický signál najskôr skonvertuje na analógový (podobný pôvodnému signálu) a potom sa analógový signál skonvertuje na digitálny.
Digitálne merače využívajú rôzne automatické meracie metódy a meracie obvody. Samostatné n určuje špecifickosť predovšetkým porovnávacích metód.
X a N možno porovnávať metódami vyrovnávania a párovania. V prvej metóde sa kontroluje zmena hodnôt N, kým nie je zabezpečená rovnosť (s chybou diskrétnosti) hodnôt X v N alebo nimi produkované efekty. Podľa druhej metódy sa všetky hodnoty N porovnávajú súčasne s X a hodnota X je určená hodnotou, ktorá sa s ňou zhoduje (s chybou diskrétnosti) n.
Pri metóde párovania sa zvyčajne používa niekoľko komparátorov súčasne alebo X má schopnosť pôsobiť na spoločné zariadenie, ktoré číta hodnotu N, ktorá sa mu zhoduje.
Rozlišuje sa medzi metódami sledovania, rozmietania a bitového vyvažovania, ako aj metódami počítania sledovania alebo zhody čítania, periodickým počítaním alebo periodickým počítaním výsledkov porovnávania.
Digitálny multimeter
Prvými digitálnymi meracími prístrojmi v histórii boli priestorové kódovacie systémy.
V týchto zariadeniach (senzoroch) sa v súlade s meracou schémou nameraná hodnota prevádza pomocou analógového prevodníka na lineárny pohyb alebo uhol natočenia.
Okrem toho je v analógovo-digitálnom prevodníku výsledný uhol posunutia alebo natočenia zakódovaný pomocou špeciálnej kódovej masky, ktorá sa aplikuje na špeciálne kódové disky, bubny, pravítka, platne, katódové trubice atď.
Masky vytvárajú symboly (0 alebo 1) číselného kódu N vo forme vodivých a nevodivých, priehľadných a nepriehľadných, magnetických a nemagnetických oblastí atď. Z týchto oblastí špeciálne čítačky odstránia zadaný kód.
Najbežnejšia metóda odstraňovania chýb dvojznačnosti je založená na použití špeciálnych cyklických kódov, kde sa susedné čísla líšia len v jednom bite, t.j. chyba čítania nemôže prekročiť kvantizačný krok. Dosahuje sa to tým, že pri zmene každého čísla o jednotku v cyklickom kóde sa zmení iba jeden znak (napríklad sa použije Grayov kód).
Digitálny kódovač
V závislosti od implementácie kódovača možno prevodníky priestorového kódovania rozdeliť na kontaktné, magnetické, indukčné, kapacitné a fotoelektrické prevodníky (pozri — Ako fungujú a fungujú kódovače).
Príklady digitálnych meračov: