Цифровые приборы последовательного счета.

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) — приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы цифровой информации; выходной сигнал представляется в виде цифрового кода.

При преобразовании аналоговой величины в цифровую происходит дискретизация измеряемой величины по времени и квантование ее по уровню.

Дискретизация — преобразование, при котором значения цифровой величины отличаются от нуля и совпадают с соответствующими значениями измеряемой величины только в определенные промежутки времени
Квантование — преобразование, при котором непрерывная аналоговая величина принимает фиксированные (дискретные) значения, которые имеют название уровней квантования (квантов)

Метод последовательного счета

В некоторый начальный момент времени t _н формируется квантованная величина, и происходит постоянное сравнение измеряемой величины и квантованной величины, возрастающей или убывающей с шагом квантования:

Если сигнал больше квантованной величины, квантованная величина растет. Если сигнал больше либо равен квантованной величине, происходит остановка. В процессе преобразования ведется подсчет числа ступеней x _к, с начала преобразования до момента времени конца t _к. В процессе преобразования образуется единичный последовательный непозиционный код N.

Для этого метода время преобразования

∆ t _пр = t _к – t _и = f (x _и) = N ∆ t,

где ∆ t = var — время формирования одной ступени.

В среднем этот метод является самым долгим, но зато его простота является несомненным плюсом.

БИЛЕТ № 19 1 Квантование и дискретизация измерительных сигналов. При преобразовании аналоговой величины в цифровую происходит дискретизация измеряемой величины по времени и квантование ее по уровню.
Дискретизация — преобразование, при котором значения цифровой величины отличаются от нуля и совпадают с соответствующими значениями измеряемой величины только в определенные промежутки времени:
.
Величина называется шагом дискретизации.

Квантование — преобразование, при котором непрерывная аналоговая величина принимает фиксированные (дискретные) значения, которые имеют название уровней квантования (квантов):

где q — величина кванта, N — номер уровня квантования.

2.Измерение мощности и энергии. Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками. Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения. Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

БИЛЕТ№20 1. Комплексные средства измерений. Комплексные средства измерений предназначены для реализации всей процедуры измерения. Согласно классификации, по роли в процессе измерения и выполняемым функциям, к ним относятся измерительные приборы и установки, измерительные системы и измерительно-вычислительные комплексы.Измерительные приборы и установки 1)Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне ее изменения и выработки сигнала измерительной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Рис. 11.16. Обобщенная структурная схема измерительного прибора
На выходе устройства преобразования формируется сигнал, параметры которого соответствую входным характеристикам отсчетного устройства.

Отсчетное устройство — это элемент СИ, преобразующий измерительный сигнал в форму, доступную восприятию органами чувств человека. По форме представления показаний отсчетные устройства делятся на аналоговые и цифровые.
Составными частями отсчетного устройства являются шкала и указатель. • Шкала — это часть отсчетного средства, представляющая собой ряд отметок, соответствующих последовательному ряду значений величины вместе со связанной с ними нумерацией. Отметка шкалы — это знак на шкале СИ (черточка, зубец, точка и т.д.), соответствующий некоторому значению ФВ. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы средства измерений называется делением шкалы. Длиной деления шкалы называется расстояние между осями или центрами двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы. Длина линии, проходящей через центры всех самых коротких отметок шкалы СИ и ограниченная начальной и конечной отметками, называется длиной шкалы.

Деления шкалы имеют цену. Цена деления шкалы — это разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы'СИ. Отметки наносятся на шкалу при градуировке прибора, т.е. при подаче на его вход сигнала с выхода образцовой многозначной меры. У части отметок шкалы проставляются числовые значения величины, подаваемой с выхода меры. Эти отметки становятся числовыми.
•Указатель — часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показания измерительного прибора. Указатель выполняется в виде подвижных стрелок разной формы (клиновидной, ножевидной и др.), луча света, пера самописца и т.п.
Шкала СИ имеет начальное и конечное значения. Они соответствуют наименьшему и наибольшему значениям измеряемой величины, которые могут быть отсчитаны по шкале СИ. При измерении с показывающего устройства считывается показание. Каждое СИ характеризуется диапазоном показаний и диапазоном измерений. Диапазоном показаний называется область значений шкалы СИ, ограниченная ее начальным и конечным делениями.. Диапазоном измерений называется область значений ФВ, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. Значения величины, ограничивающие диапазон снизу и сверху (слева и справа), называются соответственно нижним и верхним пределами измерений. Диапазон измерений всегда меньше или равен диапазону показаний.
Классификация измерительных приборов По форме индикации измеряемой величины различают измерительные приборы:
• показывающие,которые допускают только отсчитывание показаний измеряемой величины, например стрелочный или цифровой вольтметр;
• регистрирующие,предусматривающие регистрацию показаний на том или ином носителе информации, например на бумажной ленте. Регистрация может производится в аналоговой или цифровой форме. Различают самопишущие и печатающие приборы.
По методу преобразования измеряемой величины различают приборы прямого, компенсационного (уравновешивающего) и смешанного преобразования.
По назначению измерительные приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, термометры, гигрометры и т.д.
По форме преобразования используемых измерительных сигналов приборы подразделяют на аналоговые и цифровые.
Аналоговые приборы — это приборы, показания или выходной сигнал которых является непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Идеализированное уравнение преобразования линейных аналоговых и измерительных приборов имеет вид
(11.6)
где X — измеряемая величина; Y, К — показание и коэффициент преобразования прибора соответственно.

Цифровые приборы — это приборы, принцип действия которых основан на квантовании измеряемой или пропорциональной ей величины. Показания таких приборов представлены в цифровой форме. Наличие операции квантования приводит к появлению у цифровых приборов специфических свойств, обуславливающих существенные различия в методах выбора, анализа, описания и нормирования метрологических характеристик по сравнению с аналоговыми приборами.
В процессе квантования бесконечному множеству значений измеряемой величины ставится в соответствие конечное и счетное множество возможных показаний цифрового прибора. Их число определяется схемой аналого-цифрового преобразователя, выполняющего в цифровом приборе операцию квантования. Одновременно с квантованием, как правило, осуществляется дискретизация по времени измерительных сигналов. Квантование и дискретизация рассмотрены в разд. 10.5. Структурная схема цифрового прибора показана на рис. 11.17.

Рис. 11.17. Обобщенная структурная схема цифрового измерительного прибора

2) Измерительные системы — это совокупность функционально объединенных средств измерений, средств вычислительной техники и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах, свойственных данному объекту, в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Примерами могут служить системы, развернутые на крупных предприятиях и предназначенные для контроля технологического процесса производства какого-либо изделия, например производства стали, электроэнергии и т.п.
В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные, контролирующие, управляющие. По числу измерительных каналов системы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоканальные.
3) Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) – автоматизированное средство измерений, имеющее в своем составе микропроцессоры (МП) с необходимым периферийным оборудованием, измерительные и вспомогательные устройства, управляемые от МП, и программное обеспечение комплекса.