Цифрові вимірювальні прилади

в інтервал часу і перетворення інтервалу часу в число імпульсів, пропорційне значенню вимірюваної величини. Це число імпульсів і служить результатом вимірювання. Час-імпульсні ЦВП є найбільш розповсюдженими приладами і використовуються для вимірювань різних фізичних величин: напруги, частоти, фазових зсувів, параметрів R, L, C тощо. Перевага цих приладів полягає в порівняльній простоті апаратурної реалізації при досить припустимих для практики основних технічних характеристиках.

Метод частотно-імпульсного перетворення передбачає перетворення вимірюваної величини в пропорційну частоту імпульсів, яку вимірюють цифровим методом. Частотно-імпульсні прилади найбільш прості, але їх розвиток стримується відсутністю високоточних і простих частотних перетворювачів різних фізичних величин. Поки що вони знаходять переважне застосування в цифрових вольтметрах постійного струму або в приладах з проміжним перетворенням вимірюваної величини, наприклад температури, в постійну або повільно змінювану напругу.

Метод кодоімпульсного перетворення полягає в тому, що вимірювана величина X зрівноважується зразковою величиною , яка приймає задану кількість дискретних рівнів. Тому кодоімпульсні ЦВП часто називають приладами зрівноважування або компенсаційного перетворення. Процес зрівноважування протягом часу може відбуватися послідовно, паралельно і послідовно-паралельно. При послідовному зрівноважуванні дискретні рівні зразкової величини формуються послідовно такт за тактом, і в кожному такті проводиться порівняння зразкової величини з вимірюваною доти, доки вони не зрівняються. Похибка вимірювання такого методу не перебільшує найменшого прирощування зразкової величини або його половини. Таке зрівноважування називають також розгортальним, причому розгортка (закон змінювання) зразкової величини може бути рівномірно-східчастою і нерівномірно-східчастою. При рівномірно-східчастому розгортанні зразкова величина  кожного такту одержує однаковий приріст, що дорівнює кроку квантування  (рис. 3). При нерівномірно-східчастому розгортанні зразкова

 

 

 
  


Рис. 3. Часові діаграми методу кодоімпульсного перетворення:

з рівномірним (а) та нерівномірним (б) зрівноважуванням

величина  в кожному такті або на різних ділянках змінюється неоднаковими східцями

"Вагу" цих східців вибирають згідно з тією чи іншою системою числення, звичайно двійковою або двійково-десятковою. На рис. 3, б показано розгортку зразкової величини  за двійковим законом. Нерівномірно-східчасте зрівноважування називають порозрядним, а ЦВП з таким зрівноважуванням - приладом порозрядного кодування.

При паралельному зрівноважуванні відбувається одночасне (паралельне) формування усіх рівнів зразкової величини , які водночас порівнюються з вимірюваною величиною X. Сформовані рівні величини  утворюють рівномірну шкалу, яка має певну кількість одиничних мір (сходинок квантування ). Кількість мір вибирають з умови перекриття максимального значення вимірюваної величини . Паралельне зрівноважування потребує максимальної кількості мір і компараторів для одночасного порівняння вимірюваної величини X з усіма рівнями зразкової величини . Тому такий метод зрівноважування використовується тільки в тих випадках, коли вимірювана величина є короткочасною, наприклад, при вимірюваннях максимальних значень одиничних імпульсів або при безпосередньому вимірюванні миттєвих значень xq змінної величини  (рис. 1, а). Він забезпечує максимальну швидкодію АЦП.

При паралельно-послідовному зрівноважуванні формується кілька шкал зразкової величини . Шкали відрізняються одна від одної "вагами" одиничних мір, співвідношення між якими вибирається кратним 10. Вимірювана величина (або різниця ) послідовно порівнюється з кожною шкалою зразкової величини, починаючи з найбільшої, а в межах кожної шкали - одночасно (паралельно) з усіма її складовими рівнями. На рис. 4, б зображено дві шкали зразкової величини  - з одиничними мірами квантування  та  відповідно. Цей варіант методу дещо простіший в реалізації, ніж паралельне зрівноважування, і відзначається значно більшою швидкодією в порівнянні з послідовним зрівноважуванням.

Кодоімпульсні ЦВП відрізняються найбільшою точністю, їх швидкодія (або розрядність) збільшується із збільшенням

1 2 3 4 5 6