Digitaalsed mõõteseadmed: eelised ja puudused, tööpõhimõte
Digitaalne mõõtmine on üks revolutsioonilisemaid viise erinevate füüsikaliste suuruste mõõtmiseks läbi inimkonna ajaloo. Võime öelda, et üldiselt on seda tüüpi seadmete tähtsus alates digitehnoloogia tulekust suuresti määranud kogu meie eksistentsi tuleviku.
Kõik mõõteseadmed jagunevad analoog- ja digitaalseks.
Digitaalmõõturitel on kõrge reageerimiskiirus ja kõrge täpsusklass. Neid kasutatakse mitmesuguste elektriliste ja mitteelektriliste suuruste mõõtmiseks.
Erinevalt digitaalsetest analoogseadmetest ei salvesta need mõõdetud andmeid ega ühildu digitaalsete mikroprotsessorseadmetega. Sel põhjusel on vaja salvestada iga sellega tehtud mõõtmine, mis võib olla tüütu ja aeganõudev.
Digitaalsete arvestite peamine puudus on see, et nad vajavad teatud aja möödudes välist toiteallikat või aku laadimist.Samuti muudab digiseadmete täpsus, kiirus ja tõhusus need analoogseadmetest kallimaks.
Digitaalsed mõõteseadmed – seadmed, milles mõõdetud sisendi analoogväärtust X võrreldakse automaatselt empiiriliselt teadaoleva (näidis) väärtuse N diskreetsete väärtustega ja mõõtmistulemused esitatakse digitaalsel kujul (Mille poolest erinevad analoog-, diskreet- ja digitaalsignaalid?).
Digitaalse voltmeetri plokkskeem
Võrdlevate toimingute tegemisel digitaalsetes mõõteriistades kvantifitseeritakse pidevalt mõõdetud suuruste väärtuste tase ja aeg. Mõõtmistulemus (mõõdetud väärtuse numbriline ekvivalent) moodustatakse pärast digitaalsete kodeerimisoperatsioonide sooritamist ja esitatakse valitud koodina (kuvamiseks kümnend või edasiseks töötlemiseks binaarne).
Digitaalne valgusmõõtur
Võrdlusoperatsioone digitaalsetes mõõteseadmetes teostavad spetsiaalsed võrdlusseadmed. Tavaliselt saadakse sellistes seadmetes mõõtmise lõpptulemus pärast salvestamist ja eraldi toimingute tulemuste teatud töötlemist analoogväärtuse X võrdlemiseks proovi väärtuse N erinevate diskreetsete väärtustega (X teadaolevate murdude võrdlus N-ga sama väärtusega saab ka teha).
X-i numbriline ekvivalent esitatakse mõõteseadmele väljundseadmete abil tajumiseks mugaval kujul (digitaalkuva) ja vajadusel elektroonilisse arvutisse (arvutisse) või automaatjuhtimissüsteemi sisestamiseks sobival kujul. (digitaalkontrollerid, programmeeritavad loogikakontrollerid, intelligentsed releed, sagedusmuundurid).Teisel juhul nimetatakse seadmeid kõige sagedamini digitaalseteks anduriteks.
Digitaalne nonomeeter
Üldiselt sisaldavad digitaalsed mõõteseadmed analoog-digitaalmuundureid, ühikut kontrollväärtuse N genereerimiseks või N etteantud väärtuste komplekti, komparaatoreid, loogikaseadmeid ja väljundseadmeid.
Automaatsetes digitaalmõõteseadmetes peab olema seade, mis juhib nende funktsionaalsete sõlmede tööd, lisaks vajalikele funktsionaalplokkidele võib seade sisaldada täiendavaid, näiteks pidevate väärtuste X muundureid pidevateks vaheväärtusteks.
Selliseid muundureid kasutatakse mõõteriistades, kus vaheväärtust X on lihtsam mõõta kui originaali. Mitmesuguste mitteelektriliste suuruste mõõtmisel kasutatakse sageli X teisendamist elektrilisteks suurusteks, elektrilisi omakorda kujutatakse sageli samaväärsete ajavahemike kaupa jne.
Vaata ka:
Kuidas toimub analoogsignaali teisendamine digitaalseks vormiks digitaalse termomeetri näitel
Analoog-digitaalmuundurid (ADC) on seadmed, mis võtavad vastu sisend-analoogsignaale ja vastavalt ka nende väljunddigitaalsignaale, sobivad tööks arvutite ja muude digitaalseadmetega, s.t. tavaliselt muundatakse füüsiline signaal esmalt analoogseks (sarnaselt algse signaaliga) ja seejärel analoogsignaal digitaalseks.
Digitaalsed arvestid kasutavad mitmesuguseid automaatseid mõõtmismeetodeid ja mõõteahelaid. Eraldi n määrab eelkõige võrdlusmeetodite spetsiifilisuse.
X ja N saab võrrelda tasakaalustamise ja sobitamise meetoditega. Esimese meetodi puhul kontrollitakse N väärtuste muutust seni, kuni on tagatud X väärtuste võrdsus (diskreetsusveaga) N-s või nende poolt tekitatud mõjud. Teise meetodi kohaselt võrreldakse kõiki N väärtusi samaaegselt X-ga ja X väärtus määratakse sellele vastava väärtusega (diskreetsusveaga) n.
Sobitamismeetodi puhul kasutatakse tavaliselt korraga mitut komparaatorit või X on võimeline toimima ühisele seadmele, mis loeb talle sobivat N väärtust.
Eristatakse jälgimis-, pühkimis- ja bitipõhise tasakaalustamise meetodeid, samuti loendusjälje või lugemisjälje sobitamise meetodeid, perioodilist loendamist või võrdlustulemuste perioodilist loendamist.
Digitaalne multimeeter
Ajaloo esimesed digitaalsed mõõteriistad olid ruumilised kodeerimissüsteemid.
Nendes seadmetes (andurites) konverteeritakse mõõdetud väärtus vastavalt mõõtmisskeemile analoogmuunduri abil lineaarseks liikumiseks või pöördenurgaks.
Lisaks kodeeritakse analoog-digitaalmuunduris tekkiv nihe või pöördenurk spetsiaalse koodimaski abil, mida rakendatakse spetsiaalsetele koodiketastele, trumlitele, joonlaudadele, plaatidele, katoodkiiretorudele jne.
Maskid loovad N-koodi sümbolid (0 või 1) juhtivate ja mittejuhtivate, läbipaistvate ja läbipaistmatute, magnetiliste ja mittemagnetiliste piirkondade jne kujul. Nendest piirkondadest eemaldavad spetsiaalsed lugejad sisestatud koodi.
Levinuim meetod mitmetähenduslike vigade eemaldamiseks põhineb spetsiaalsete tsükliliste koodide kasutamisel, kus kõrvutiasetsevad numbrid erinevad vaid ühe biti poolest, s.t. lugemisviga ei tohi ületada kvantimisetappi. See saavutatakse tänu sellele, et kui iga numbrit muudetakse tsüklilises koodis ühe võrra, muudetakse ainult ühte tähemärki (näiteks kasutatakse halli koodi).
Digitaalne kodeerija
Sõltuvalt kodeerija teostusviisist võib ruumilise kodeerimise muundurid jagada kontakt-, magnet-, induktiiv-, mahtuvuslikeks ja fotoelektrilisteks muunduriteks (vt. Kuidas kodeerijad töötavad ja töötavad).
Digitaalsete arvestite näited: