Digitalni mjerni uređaji: prednosti i nedostaci, princip rada
Digitalno mjerenje jedan je od najrevolucionarnijih načina mjerenja različitih fizikalnih veličina kroz povijest čovječanstva. Možemo reći da je općenito, od pojave digitalne tehnologije, važnost ove vrste uređaja uvelike odredila budućnost cjelokupnog našeg postojanja.
Svi mjerni uređaji dijele se na analogne i digitalne.
Digitalna brojila imaju visoku brzinu odziva i visoku klasu točnosti. Koriste se za mjerenje širokog raspona električnih i neelektričnih veličina.
Za razliku od digitalnih analognih uređaja, oni ne pohranjuju izmjerene podatke i nisu kompatibilni s digitalnim mikroprocesorskim uređajima. Zbog toga je potrebno zabilježiti svako mjerenje koje se njime napravi, što može biti zamorno i dugotrajno.
Glavni nedostatak digitalnih brojila je što trebaju vanjski izvor napajanja ili punjenje baterije nakon određenog vremena.Također, točnost, brzina i učinkovitost digitalnih uređaja čine ih skupljima od analognih uređaja.
Digitalni mjerni uređaji — uređaji u kojima se izmjerena ulazna analogna vrijednost X automatski empirijski uspoređuje s diskretnim vrijednostima poznate (uzorka) vrijednosti N, a rezultati mjerenja se daju u digitalnom obliku (Po čemu se analogni, diskretni i digitalni signali razlikuju?).
Blok shema digitalnog voltmetra
Pri izvođenju usporednih operacija u digitalnim mjernim instrumentima kvantiziraju se razina i vrijeme vrijednosti kontinuiranih mjerenih veličina. Rezultat mjerenja (numerički ekvivalent izmjerene vrijednosti) formira se nakon izvođenja operacija digitalnog kodiranja i prikazuje se u odabranom kodu (decimalni za prikaz ili binarni za daljnju obradu).
Digitalni svjetlomjer
Operacije usporedbe u digitalnim mjernim uređajima izvode se posebnim uređajima za usporedbu. Obično se konačni rezultat mjerenja u takvim uređajima dobiva nakon pohrane i određene obrade rezultata zasebnih operacija za usporedbu analogne vrijednosti X s različitim diskretnim vrijednostima uzorka vrijednosti N (usporedba poznatih frakcija X s N iste vrijednosti također može biti do).
Numerički ekvivalent X prikazuje se mjernom uređaju pomoću izlaznih uređaja u obliku pogodnom za percepciju (digitalni zaslon) i, ako je potrebno, u obliku pogodnom za unos u elektroničko računalo (računalo) ili u sustav automatskog upravljanja (digitalni upravljači, programabilni logički upravljači, inteligentni releji, pretvarači frekvencija).U drugom slučaju, uređaji se najčešće nazivaju digitalni senzori.
Digitalni nonometar
Općenito, digitalni mjerni uređaji sadrže analogno-digitalne pretvarače, jedinicu za generiranje referentne vrijednosti N ili skup unaprijed definiranih vrijednosti N, komparatore, logičke uređaje i izlazne uređaje.
Automatski digitalni mjerni uređaji moraju imati uređaj koji upravlja radom njihovih funkcionalnih jedinica.Uređaj osim potrebnih funkcionalnih blokova može sadržavati i dodatne, npr. pretvarače kontinuiranih vrijednosti X u srednje kontinuirane vrijednosti.
Takvi pretvarači se koriste u mjernim instrumentima gdje se intermedijer X može lakše mjeriti od originala. Često se pribjegava pretvorbi X u električne veličine pri mjerenju raznih neelektričnih veličina, pak električne se često predstavljaju ekvivalentnim vremenskim intervalima, i tako dalje.
Vidi također:
Kako se vrši pretvorba analognog signala u digitalni oblik na primjeru digitalnog termometra
Analogno-digitalni pretvarači (ADC) su uređaji koji prihvaćaju ulazne analogne signale i shodno tome njihove izlazne digitalne signale, pogodni za rad s računalima i drugim digitalnim uređajima, tj. obično se fizički signal prvo pretvara u analogni (slično izvornom signalu), a zatim se analogni signal pretvara u digitalni.
Digitalna mjerača koriste različite metode automatskog mjerenja i mjerne krugove. Zasebno n određuje specifičnost prvenstveno metoda usporedbe.
X i N se mogu usporediti metodama balansiranja i usklađivanja. U prvoj metodi, promjena vrijednosti N kontrolira se sve dok se ne osigura jednakost (s pogreškom diskretnosti) vrijednosti X u N ili učinaka koje one proizvode. Prema drugoj metodi, sve vrijednosti N uspoređuju se istovremeno s X, a vrijednost X određena je vrijednošću koja joj odgovara (s pogreškom diskretnosti) n.
U metodi usklađivanja, nekoliko komparatora se obično koristi istovremeno ili X ima sposobnost djelovati na zajednički uređaj koji očitava vrijednost N koja mu odgovara.
Razlikuju se metode praćenja, brisanja i balansiranja po bitovima, kao i metode podudaranja traga brojanja ili čitanja, periodičko brojanje ili periodično brojanje rezultata usporedbe.
Digitalni multimetar
Prvi digitalni mjerni instrumenti u povijesti bili su sustavi prostornog kodiranja.
Kod ovih uređaja (senzora), sukladno mjernoj shemi, izmjerena vrijednost se uz pomoć analognog pretvarača pretvara u linearno gibanje ili kut zakreta.
Osim toga, u analogno-digitalnom pretvaraču, rezultirajući pomak ili kut rotacije kodiran je pomoću posebne kodne maske, koja se primjenjuje na posebne kodne diskove, bubnjeve, ravnala, ploče, katodne cijevi itd.
Maske stvaraju simbole (0 ili 1) koda broja N u obliku vodljivih i nevodljivih, prozirnih i neprozirnih, magnetskih i nemagnetskih područja itd. Iz tih područja posebni čitači uklanjaju uneseni kod.
Najčešća metoda uklanjanja grešaka dvosmislenosti temelji se na korištenju posebnih cikličkih kodova, gdje se susjedni brojevi razlikuju samo u jednom bitu, tj. greška čitanja ne može premašiti korak kvantizacije. To se postiže činjenicom da kada se svaki broj promijeni za jedan u cikličkom kodu, mijenja se samo jedan znak (na primjer, koristi se Grayev kod).
Digitalni koder
Ovisno o izvedbi kodera, pretvarači za prostorno kodiranje mogu se podijeliti na kontaktne, magnetske, induktivne, kapacitivne i fotoelektrične pretvarače (vidi — Kako koderi rade i rade).
Primjeri digitalnih brojila: