Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [ 69 ] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

Серийно выпускаются цифровые измерители температуры. Ряд цифровых термометров серии Ф206 и Ф266 имеет температурный диапазон 200 °С... 4- 2500 °С при основной погрешности вторичного прибора 0,2 %. Разработаны вьюокочувствительные цифровые измерители температуры на базе термочувствительных кварцевых резонаторов. Выпускаются автономные карманные цифровые инфракрасные быстродействующие пирометры для измерения температур от О °С до 1600 °С. Погрешность и нестабильность датчиков температуры последнее время значительно снижены. Разработаны цифровые измерители температуры при нормировке погрешности с учетом погрешности датчика и с подстройкой функции преобразования по встроенной мере температуры с целью учета изменения и характеристик датчика температуры в процессе эксплуатации (см. п. 11.3).

Разработаны цифровые виброметры, газоанализаторы, динамометры, вискозиметры, цифровые измерители относительной влажности, цифровые термометры криогенных температур и многие другие приборы.

Основные перспективные направления разработки новых цифровых измерительных приборов следующие:

разработка и создание универсальных ЦИП со встроенным - микропроцессором с автоматизацией выбора пределов и рода измеряемой величины и с перепрограммируемой обработкой сигналов;

создание ЦИП, которые обеспечивают получение статистическсй обработки не только значения величины, но и показателей точности результата измерений согласно ГОСТ 8.011-72;

разработка ЦИП для всех неэлектрических величин, разработка цифровых аналитических микропроцессорных приборов;

разработка автоматически управляемых кодом мер, предназначенных для воспроизведения величин заданного размера с высокой точностью и высоким быстродействием, т. е. различного рода преобразователей код - аналог, которые применяются не только для поверки средств измерений, но и, при достаточно мощном выходе, для точного управления многими технологическими процессами (например, преобразователь код - ток для электронно-лучевой технологии, код - частота, код - фаза, код - напряжение и другие);

разработка высокоточных АЦП высокого быстродействия с комбинированными структурами, возможность реализации которых обеспечивается современной технологией интегральных схем;

разработка и создание интеллектуальных, перепрограммируемых ЦИП, совмещенных с процессорами и со средствами отображения (например, с осциллографами и дисплеями для визуального представления входных и выходных сигналов после обработки в процессоре), прообразом таких приборов являются сегодня цифровые стробоскопические осциллографы, а также цифровые анализаторы спектра;

разработка методов и средств измерения информативных параметров сигналов, действующих значений и др. в широкой полосе частот до нескольких гигагерц, в том числе со стохастической выборкой ординат сигнала;

разработка функционально полного набора совместимых блоков в интегральном исполнении, обеспечивающих возможность создания



достаточно широкой номенклатуры ЦИП путем сопряжения блоков на основе проектной компановки;

разработка ЦИП для измерения динамических характеристик сигналов и объектов, для измерения зависимостей;

разработка ЦИП с минимальным энергопотреблением, благодаря чему уменьшаются габариты приборов, их масса, резко возрастает надежность, уменьшается уровень помех, возрастают возможности автономного использования;

разработка цифровых измерительных устройств с использованием точно коммутируемых конденсаторов в -интегральном исполнении.

Глава 7

ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И ЗВЕНЬЯ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

С применением аналоговых автоматических измерительных приборов намного повысилась чувствительность измерительных устройств, однако быстродействие осталось низким. Поэтому измерения быстро-изменяющихся величин с высокой точностью были невозможны.

Одновременное повышение быстродействия и точности при кодовой форме выхода достигнуто при помощи цифровых измерительных приборов.

В структурные схемы цифровых приборов входят следующие основные звенья: преобразователи код - код (ПКК), аналог - код (ПАК), код - аналог (ПКА), в том числе код - напряжение (ПКН), код - сопротивление (ПКС), напряжение - частота (ПНЧ), устройства сравнения кодов (УСК), а также счетчики электрических импульсов (СТ); коммутаторы (MUX), ключи (SW), генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), временных интервалов и квантующихся импульсов (Gin), делители частоты, цифровые регистрирующие устройства, цифровые отсчетные устройства,схемы управления или цифровые автоматы (ЦА).

Кроме основных звеньев, в структурные схемы цифровых приборов входят: измерительные устройства сравнения, вычитатели сигналов, источники стабильного напряжения, измерительные механизмы и схемы импульсной техники - триггеры (Тг), формирователи импульсов (F) и др.

7.1. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Обобщенная структурная схема цифрового измерительного прибора (рис. 7.1) состоит из предвключенного измерительного преобразователя (ИП) с выходной величиной, удобной для автоматического квантования, измерительного преобразователя аналог - первичный код (ИПАК), т. е. собственно цифрового измерителя, и преобразователей код - код. В случае, если первичным кодом является число-им-



N(1)

Нщеу) пульсный код (?), в схему входят Р % ->-ро два преобразователя кодов ПКК

-V(?j-> Л(цоу) с выходным кодом для

управления ЦОУ и ПКК <1-Л/в

«вых

g с выходным КОДОМ двоичным или двоично-десятичным для связи с си-

Рис. 7.1. Обобщенная структура ЦИП. СТСМОЙ ИЛИ ЭВМ.

Структуры ЦИП обусловливаются используемым методом измерения и особенностями измеряемых величин - их дискретным или непрерывным характером, возможностью квантования, сравнения и т. д. В зависимости от используемого метода измерения ЦИП разделяются на ЦИП сопоставления и уравновешивания.

Структурные схемы ЦИП сопоставления разомкнуты, а ЦИП уравновешивания - замкнуты. Рассмотрим наиболее характерные разновидности упрощенных структурных схем ЦИП сопоставления и уравновешивания.

Если измеряемая величина X является естественно дискретизи-рованной и квантованной, т. е. состоит из частиц, параметр каждой из которых является естественной единицей данной величины и имеет постоянное и известное значение qx, то для определения числового значения такой величины необходимы чувствительный элемент для обнаружения каждой частицы и счетчик числа импульсов, выдаваемых чувствительным элементом при обнаружении каждой частицы (рис. 7.2,а). Чувствительный элемент в данном случае является преобразователем, преобразующим естественно квантованную величину в определенное число импульсов, которое в счетчике импульсов представляется цифровым кодом. Toгдia значение измеряемой величины

Xn = Nxqx, (7.1)

где Nx - отсчет счетчика импульсов.

Если частица не имеет постоянного известного по значению параметра, то такое устройство является не измерительным, а счетным. Примером естественно квантованной величины является электрический заряд, состоящий из целого числа N электронов с зарядом, равным е, который является в данном случае естественной единицей количества электричества.

Если измеряется поток естественно квантованной величины Х1Т, например ток как поток электронов, то, кроме чувствительного элемента и счетчика импульсов, в таком приборе необходим датчик интервала времени измерения Т (рис. 7.2,6). Ключ SW открывается в течение каждого цикла измерения на время Т. Тогда

Xn = {NxqxW. (7.2)

Примером измерителей потока или частоты естественно-квантованной величины являются также измерители ионизированных излучений, которые широко применяются для радиоизотопной диагностики и исследований в ядерной физике, биологии, медицине и др. В качестве чувствительных элементов в таких приборах применяются раз-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [ 69 ] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166