Digitalne merilne naprave: prednosti in slabosti, princip delovanja
Digitalno merjenje je eden najbolj revolucionarnih načinov merjenja različnih fizikalnih veličin skozi zgodovino človeštva. Lahko rečemo, da je na splošno od pojava digitalne tehnologije pomembnost te vrste naprav v veliki meri določila prihodnost našega celotnega obstoja.
Vse merilne naprave delimo na analogne in digitalne.
Digitalni merilniki imajo visoko odzivnost in visok razred točnosti. Uporabljajo se za merjenje širokega spektra električnih in neelektričnih veličin.
Za razliko od digitalnih analognih naprav ne shranjujejo izmerjenih podatkov in niso združljivi z digitalnimi mikroprocesorskimi napravami. Zaradi tega je potrebno vsako meritev, opravljeno z njim, zabeležiti, kar je lahko dolgočasno in dolgočasno.
Glavna pomanjkljivost digitalnih merilnikov je, da potrebujejo zunanji vir napajanja ali polnjenje baterije po določenem času.Poleg tega so digitalne naprave zaradi natančnosti, hitrosti in učinkovitosti dražje od analognih.
Digitalne merilne naprave - naprave, v katerih se izmerjena vhodna analogna vrednost X samodejno empirično primerja z diskretnimi vrednostmi znane (vzorčne) vrednosti N in so rezultati meritev podani v digitalni obliki (Kako se analogni, diskretni in digitalni signali razlikujejo?).
Blok diagram digitalnega voltmetra
Pri izvajanju primerjalnih operacij v digitalnih merilnih instrumentih sta raven in čas vrednosti neprekinjenih izmerjenih količin kvantizirana. Merilni rezultat (numerični ekvivalent izmerjene vrednosti) se oblikuje po izvedbi digitalnega kodiranja in je predstavljen v izbrani kodi (decimalni za prikaz ali binarni za nadaljnjo obdelavo).
Digitalni merilnik svetlobe
Primerjalne operacije v digitalnih merilnih napravah izvajajo posebne primerjalne naprave. Običajno se končni rezultat meritve v takih napravah pridobi po shranjevanju in določeni obdelavi rezultatov ločenih operacij za primerjavo analogne vrednosti X z različnimi diskretnimi vrednostmi vzorčne vrednosti N (primerjava znanih frakcij X z N enake vrednosti lahko tudi do).
Numerični ekvivalent X je predstavljen merilni napravi s pomočjo izhodnih naprav v obliki, primerni za zaznavanje (digitalni prikaz) in, če je potrebno, v obliki, primerni za vnos v elektronski računalnik (računalnik) ali v avtomatski krmilni sistem. (digitalni krmilniki, programabilni logični krmilniki, inteligentni releji, frekvenčni pretvorniki).V drugem primeru se naprave največkrat imenujejo digitalni senzorji.
Digitalni nonometer
Na splošno digitalne merilne naprave vsebujejo analogno-digitalne pretvornike, enoto za generiranje referenčne vrednosti N ali niz vnaprej določenih vrednosti N, primerjalnike, logične naprave in izhodne naprave.
Avtomatske digitalne merilne naprave morajo imeti napravo, ki krmili delovanje njihovih funkcijskih enot.Poleg potrebnih funkcijskih blokov lahko naprava vsebuje dodatne, na primer pretvornike zveznih vrednosti X v vmesne zvezne vrednosti.
Takšni pretvorniki se uporabljajo v merilnih instrumentih, kjer je vmesni X lažje izmeriti kot original. K pretvorbi X v električne količine se pogosto zatečemo pri merjenju različnih neelektričnih veličin, električne pa so pogosto predstavljene z enakovrednimi časovnimi intervali itd.
Poglej tudi:
Kako poteka pretvorba analognega signala v digitalno obliko na primeru digitalnega termometra
Analogno-digitalni pretvorniki (ADC) so naprave, ki sprejemajo vhodne analogne signale in s tem njihove izhodne digitalne signale, primerne za delo z računalniki in drugimi digitalnimi napravami, t.j. običajno se fizični signal najprej pretvori v analognega (podobno kot originalni signal), nato pa se analogni signal pretvori v digitalnega.
Digitalni merilniki uporabljajo različne samodejne merilne metode in merilna vezja. Ločen n določa specifičnost predvsem primerjalnih metod.
X in N je mogoče primerjati z metodami uravnoteženja in ujemanja. Pri prvi metodi se sprememba vrednosti N nadzoruje, dokler ni zagotovljena enakost (z napako diskretnosti) vrednosti X v N ali učinkov, ki jih povzročajo. Po drugi metodi se vse vrednosti N primerjajo hkrati z X, vrednost X pa se določi z vrednostjo, ki se ujema z njo (z napako diskretnosti) n.
Pri metodi ujemanja se običajno uporablja več primerjalnikov hkrati ali pa ima X možnost delovanja na skupni napravi, ki bere vrednost N, ki se ujema z njim.
Razlikujemo med metodami sledenja, brisanja in bitnega uravnoteženja, pa tudi metodami ujemanja sledi štetja ali branja, periodičnim štetjem ali periodičnim štetjem rezultatov primerjave.
Digitalni multimeter
Prvi digitalni merilni instrumenti v zgodovini so bili sistemi prostorskega kodiranja.
V teh napravah (senzorjih) se v skladu z merilno shemo izmerjena vrednost pretvori s pomočjo analognega pretvornika v linearno gibanje ali kot zasuka.
Poleg tega se v analogno-digitalnem pretvorniku dobljeni premik ali kot zasuka kodira s posebno kodno masko, ki se nanese na posebne kodne diske, bobne, ravnila, plošče, katodne cevi itd.
Maske ustvarjajo simbole (0 ali 1) kode števila N v obliki prevodnih in neprevodnih, prozornih in neprozornih, magnetnih in nemagnetnih območij itd. Iz teh območij posebni čitalci odstranijo vneseno kodo.
Najpogostejši način odpravljanja napak dvoumnosti temelji na uporabi posebnih cikličnih kod, kjer se sosednja števila razlikujejo le v enem bitu, tj. napaka branja ne sme preseči koraka kvantizacije. To je doseženo zaradi dejstva, da ko se vsako število spremeni za eno v ciklični kodi, se spremeni samo en znak (na primer, uporabljena je Grayeva koda).
Digitalni kodirnik
Glede na izvedbo kodirnika lahko prostorske kodirne pretvornike razdelimo na kontaktne, magnetne, induktivne, kapacitivne in fotoelektrične pretvornike (glej — Kako kodirniki delujejo in delujejo).
Primeri digitalnih merilnikov: