15.2 Цифровые измерительные приборы.
Необходимо также остановиться на цифровых СИ. В общем, такие приборы имеют название как (ЦИП) цифровые измерительные приборы или преобразователи. В отличие от аналоговых СИ в ЦИП обязательно выполняются следующие операции:
квантование измеряемой величины по уровню;
дискретизация ее про времени;
кодирование информации.
ЦИП называют такие СИ, в которых автоматически вырабатываются дискретные сигналы измерительной информации, соответствующую по уровню, которая регистрируется показаниями в цифровой форме на цифровом табло. В современных ЦИП присутствует некоторый преобразователь из двоичной системы счисления в десятичную, они сильно упрощаются при применении кодирования двоично-десятичной системы счисления. Принцип работы ЦИП показан на рисунке 15.5, где можно рассмотреть дискретизацию и квантование непрерывной величины, изменяющейся по времени.
Рисунок 15.5 Принцип работы цифрового измерительного прибора
Принцип работы ЦИП основан на дискретном представлении непрерывных величин. Непрерывная величина x(t) – величина, которая может иметь в заданном диапазоне Д бесконечно большое число значений в интервале времени Т при бесконечно большом числе моментов времени (рисунок 15.5 а). Величина может быть непрерывной либо по значению, либо по времени. Величину, непрерывную по значению и прерывную по времени, называют дискретизированной (рисунок 15.5 б). Значения дискретизированной величины отличны от нуля только в определенные моменты времени. Величину, непрерывную по времени и прерывную по значению, называют квантованной (рисунок 15.5 в). Квантованная величина в диапазоне Д может принимать только конечное число значений. Непрерывная величина x(t) может быть дискретизированной и квантованной одновременно (рисунок 15.5 г). Процесс преобразования непрерывной во времени величины в дискретизированную путем сохранения ее мгновенных значений в моменты времени t0, t1, t2, t3,….tn (моменты дискретизации) называют дискретизацией. Интервал Δt между ближайшими моментами дискретизации называют шагом дискретизации. Процесс преобразования непрерывной по значению величины в квантованную путем замены ее значений ближайшими фиксированными значениями х1, х2, х3,…хn называется квантованием. Разность Δх между двумя определенными (детерминированными) значениями величин называют шагом квантования. При измерении отсчет значения величины x(t) производится в моменты дискретизации с точностью до ближайшего квантованного значения. Поэтому в общем случае полученное в результате квантования значение Хизм. отличается от действительного значения измеряемой величины Хд . Следовательно, погрешность от замены Хд на Хквант. Может быть снижена за счет уменьшения шага квантования, что и является главным преимуществом ЦИП, так как, если шаг квантования стремится к нулю, то и погрешность может быть снижена значительно. Процесс измерения в ЦИП включает в себя дискретизацию, квантование и кодирование – получение по определенной системе правил числового значения квантованной величины в виде комбинации цифр (дискретных сигналов). Так, например, кодирование квантованных значений сигналов х0 изм., х1 изм., х2 изм., …., хn изм. (рисунок 16.1.4г) может быть осуществлено путем выработки в приборе в моменты дискретизации t0, t1, t2, …., tn пакетов импульсов, с числом импульсов, равным количеству интервалов квантования. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого ЦИП, более подробно с такими приборами и СИ можно познакомиться в источниках /8, 10, 11, 12, 14/.
Наиболее популярным ЦИП можно привести прибор, зарегистрированный в Государственном реестре СИ под № 17977 – 98 с названием «регулятор микропроцессорный многоканальный серии МЕТАКОН – 512/522/532/562».
За последние годы номенклатура таких СИ и предприятий, их выпускающих, резко возрастает, поэтому привести перечень всех, подобно вышеуказанному измерительному прибору, СИ не представляется возможным.