Digitální měřicí přístroje: výhody a nevýhody, princip činnosti
Digitální měření je jedním z nejrevolučnějších způsobů měření různých fyzikálních veličin v celé historii lidstva. Dá se říci, že obecně od nástupu digitální technologie význam tohoto typu zařízení do značné míry určuje budoucnost celé naší existence.
Všechny měřicí přístroje se dělí na analogové a digitální.
Digitální měřiče mají vysokou rychlost odezvy a vysokou třídu přesnosti. Používají se k měření široké škály elektrických i neelektrických veličin.
Na rozdíl od digitálních analogových zařízení neukládají naměřená data a nejsou kompatibilní s digitálními mikroprocesorovými zařízeními. Z tohoto důvodu je nutné zaznamenávat každé měření s ním provedené, což může být zdlouhavé a zdlouhavé.
Hlavní nevýhodou digitálních měřičů je, že potřebují po určité době externí zdroj energie nebo nabíjení baterie.Také přesnost, rychlost a účinnost digitálních zařízení je činí dražšími než analogová zařízení.
Digitální měřicí zařízení — zařízení, ve kterých je naměřená vstupní analogová hodnota X automaticky empiricky porovnávána s diskrétními hodnotami známé (vzorkové) hodnoty N a výsledky měření jsou uvedeny v digitální podobě (Jak se liší analogové, diskrétní a digitální signály?).
Blokové schéma digitálního voltmetru
Při provádění srovnávacích operací v digitálních měřicích přístrojích se kvantuje úroveň a čas hodnot spojitých měřených veličin. Výsledek měření (číselný ekvivalent naměřené hodnoty) je vytvořen po provedení operací digitálního kódování a je prezentován ve zvoleném kódu (desetinný pro zobrazení nebo binární pro další zpracování).
Digitální expozimetr
Porovnávací operace v digitálních měřicích přístrojích jsou prováděny speciálními srovnávacími přístroji. Obvykle se konečný výsledek měření v takových zařízeních získá po uložení a určitém zpracování výsledků samostatných operací pro porovnání analogové hodnoty X s různými diskrétními hodnotami hodnoty vzorku N (srovnání známých frakcí X s N stejné hodnoty lze také udělat).
Číselný ekvivalent X se měřícímu zařízení předkládá pomocí výstupních zařízení ve formě vhodné pro vnímání (digitální displej) a v případě potřeby ve formě vhodné pro vstup do elektronického počítače (počítače) nebo do automatického řídicího systému. (digitální regulátory, programovatelné logické automaty, inteligentní relé, frekvenční měniče).V druhém případě se zařízení nejčastěji nazývají digitální senzory.
Digitální nonometer
Obecně digitální měřicí přístroje obsahují analogově-digitální převodníky, jednotku pro generování referenční hodnoty N nebo sadu předdefinovaných hodnot N, komparátory, logická zařízení a výstupní zařízení.
Automatická digitální měřicí zařízení musí mít zařízení, které řídí činnost jejich funkčních celků.Kromě potřebných funkčních bloků může zařízení obsahovat další např. převodníky spojitých hodnot X na mezilehlé spojité hodnoty.
Takové převodníky se používají v měřicích přístrojích, kde lze mezilehlý X měřit snadněji než originál. K převodu X na elektrické veličiny se často přistupuje při měření různých neelektrických veličin, elektrické jsou zase často reprezentovány ekvivalentními časovými intervaly a tak dále.
Viz také:
Jak se provádí převod analogového signálu na digitální formu na příkladu digitálního teploměru
Analogově digitální převodníky (ADC) jsou zařízení, která přijímají vstupní analogové signály a podle toho i jejich výstupní digitální signály, vhodné pro práci s počítači a jinými digitálními zařízeními, tzn. obvykle je fyzický signál nejprve převeden na analogový (podobný původnímu signálu) a poté je analogový signál převeden na digitální.
Digitální měřiče používají různé automatické měřicí metody a měřicí obvody. Samostatné n určuje specifičnost především srovnávacích metod.
X a N lze porovnávat metodami vyvažování a párování. V první metodě je změna hodnot N řízena, dokud není zajištěna rovnost (s chybou diskrétnosti) hodnot X v N nebo jimi produkované efekty. Podle druhé metody se všechny hodnoty N porovnávají současně s X a hodnota X je určena hodnotou, která jí odpovídá (s chybou diskrétnosti) n.
V metodě porovnávání se obvykle používá několik komparátorů současně, nebo má X schopnost působit na společné zařízení, které čte hodnotu N, která mu odpovídá.
Rozlišuje se mezi metodami trasování, rozmítání a bitového vyvažování, stejně jako metodami počítání trasování nebo porovnávání čtených tras, periodickým počítáním nebo periodickým počítáním výsledků porovnání.
Digitální multimetr
První digitální měřicí přístroje v historii byly systémy prostorového kódování.
U těchto zařízení (senzorů) se podle schématu měření převádí naměřená hodnota pomocí analogového převodníku na lineární pohyb nebo úhel natočení.
V analogově-digitálním převodníku je navíc výsledný úhel posunutí nebo natočení zakódován pomocí speciální kódové masky, která se aplikuje na speciální kódové disky, bubny, pravítka, desky, katodové trubice atd.
Masky vytvářejí symboly (0 nebo 1) číselného kódu N ve formě vodivých a nevodivých, průhledných a neprůhledných, magnetických a nemagnetických oblastí atd. Z těchto oblastí speciální čtečky odstraní zadaný kód.
Nejběžnější způsob odstraňování chyb dvojznačnosti je založen na použití speciálních cyklických kódů, kdy se sousední čísla liší pouze v jednom bitu, tzn. chyba čtení nemůže překročit krok kvantování. Toho je dosaženo díky skutečnosti, že když se každé číslo v cyklickém kódu změní o jedničku, změní se pouze jeden znak (například se použije Grayův kód).
Digitální kodér
Podle provedení kodéru lze snímače prostorového kódování rozdělit na snímače kontaktní, magnetické, indukční, kapacitní a fotoelektrické (viz — Jak fungují a fungují kodéry).
Příklady digitálních měřičů: