Аналого цифровые измерительные приборы

Цифровые измерительные приборы: достоинства и недостатки, принцип работы

Цифровые приборы — один из самых революционных способов измерения различных физических величин за всю историю человечества. Можно сказать, что в целом с момента появления цифровых технологий важность этого типа устройств во многом определила будущее всего нашего существования.

Аналого цифровые измерительные приборы

Все измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Цифровые измерительные приборы обладают высоким быстродействием и высоким классом точности. Они применяются для измерения широкого класса электрических и неэлектрических величин.

В отличии от цифровых аналоговые приборы не хранят измеренные данные и не совместимы с цифровыми микропроцессорными устройствами. По этой причине необходимо записывать каждое проведенное с его помощью измерение, что может быть утомительным и требующим большого количество времени.

Главный недостаток цифровых измерительных приборов заключается в том, что они нуждаются во внешнем источнике питания или подзарядке аккумулятора после определенного времени использования. Также точность, скорость и эффективность цифровых приборов в делают их дороже аналоговых.

Аналого цифровые измерительные приборы

Цифровые измерительные приборы — приборы, в которых измеряемая входная аналоговая величина X автоматически опытным путем сравнивается с дискретными значениями известной (образцовой) величины N и результаты измерения выдаются в цифровом виде (Чем отличаются аналоговые, дискретные и цифровые сигналы).

Аналого цифровые измерительные приборы

Структурная схема цифрового вольтметра

При выполнении операций сравнения в цифровых измерительных приборах производится квантование по уровню и времени значений непрерывных измеряемых величин. Результат измерения (численный эквивалент измеряемой величины) образуется после выполнения операций цифрового кодирования и представляется в избранном коде (десятичном для отображения или двоичном для дальнейшей обработки).

Аналого цифровые измерительные приборы

Операции сравнения в цифровых измерительных приборах выполняются специальными устройствами сравнения. Обычно конечный результат измерения в таких приборах получается после запоминания и некоторой обработки результатов отдельных операций сравнения аналоговой величины X с различными дискретными значениями образцовой величины N (так же может производиться сравнение известных долей X с N, имеющей одно значение).

Числовой эквивалент X в измерительный прибор представляется с помощью выходных устройств в виде, удобном для восприятия (цифровая индикация), а в необходимых случаях — в виде, удобном для ввода в электронно-вычислительную машину (ЭВМ) или в систему автоматического управления (цифровые регуляторы, программируемые логические контроллеры, интеллектуальные реле, частотные преобразователи). Во втором случае приборы чаще всего называются цировыми датчиками.

Аналого цифровые измерительные приборы

В общем случае цифровые измерительные приборы содержат аналогово-цифровые преобразователи, блок формирования образцовой величины N или набор заранее сформированных величин N, устройства сравнения, логические устройства и выходные устройства.

В автоматических цифровых измерительных приборах обязательно наличие устройства, обеспечивающего управление работой его функциональных узлов. Кроме обязательных функциональных блоков прибор может содержать дополнительные, например, преобразователи непрерывных величин X в промежуточные непрерывные величины.

Такие преобразователи используются в измерительных приборах в тех случаях, когда промежуточную X можно более просто измерить, чем исходную. К преобразованиям X в электрические величины прибегают весьма часто при измерении разнообразных неэлектрических величин, в свою очередь, электрические часто представляются эквивалентными интервалами времени и т. д.

Аналого цифровые измерительные приборы

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и выдают на выходе соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для работы с ЭВМ и другими цифровыми устройствами, т.е. обычно физический сигнал сначала преобразуется в аналоговый (аналогичный по отношению к исходному сигналу), а затем аналоговый сигнал преобразуется в цифровой.

В цифровых измерительных приборах используются различные методы автоматических измерений и измерительные схемы. Наличие дискретных N определяет специфику главным образом способов сравнения.

X и N можно сравнивать методами уравновешивания и совпадения. При 1-м методе управление изменением значений N производится до тех пор, пока не будет обеспечено равенство (с погрешностью дискретности) значений X в N или эффектов, ими производимых. По 2-му методу все значения N одновременно сравниваются с X, и значение X определяется по совпавшему с ним (с погрешностью дискретности) значению N .

При методе совпадения обычно используется одновременно несколько устройств сравнений, либо X имеет возможность воздействовать на одно общее устройство, считывающее совпавшее с ним значение N.

Различаются методы следящего, развертывающего и поразрядного уравновешивания, а также методы совпадения со следящим счетом или следящим считыванием, периодическим счетом или периодическим считыванием результатов сравнения.

Аналого цифровые измерительные приборы

Первые в истории цифровые измерительные приборы представляли собой системы пространственного кодирования.

В этих приборах (датчиках) в соответствии со схемой измерения измеряемая величина с помощью аналогового преобразователя преобразуется в линейное перемещение или угол поворота.

Далее в аналого-дискретном преобразователе происходит кодирование полученного перемещения или угла поворота при помощи специальной кодовой маски, которая наносится на специальные кодовые диски, барабаны, линейки, пластины, электроннолучевые трубки и т. п.

Маски создают символы (0 или 1) кода числа N в виде проводящих и непроводящих, прозрачных и непрозрачных, магнитных и немагнитных участков и т. п. С этих участков специальные считывающие устройства снимают вводимый код.

Наибольшее распространение получил метод устранения ошибок неоднозначности, основанный на применении специальных циклических кодов, в которых соседние числа отличаются только в одном разряде, т. е. ошибка считывания не может превышать шага квантования. Это достигается за счет того, что при изменении любого числа на единицу в циклическом коде изменяется только один символ (например, используется код Грея).

Аналого цифровые измерительные приборы

В зависимости от выполнения кодирующего устройства преобразователи пространственного кодирования могут быть разделены на контактные, магнитные, индуктивные, емкостные и фотоэлектрические преобразователи (смотрите — Как устроены и работают энкодеры).

Аналоговый или цифровой мультиметр, отличия, что выбрать

Выбирая мультиметр, первое, с чем сталкивается покупатель — это дилемма, какой тестер взять: аналоговый или цифровой. Первые крупнее, но стоят дешевле, вторые — маленькие и аккуратные, но выйдут дороже. Рассмотрим в чем их отличия, преимущества и недостатки, чтобы понять, стоит ли переплачивать. Приведенные далее критерии выбора помогут подойти к покупке более осознанно.

Что такое мультиметр

Прибор получил свое русское название от транслитерации с английского multimert, что в переводе означает «функциональный измеритель». Это тестер, способный измерять разные величины и значения, среди которых:

  • напряжение тока (V);
  • сила тока (А);
  • сопротивление проводника или полупроводника (Ом);
  • емкость конденсатора (Сх);
  • целостность цепи (есть контакт или разорвана).

Некоторые специализированные модели способны определять температуру деталей и даже совершать замеры без непосредственного прикасания к токопроводящим контактам.

Какие бывают мультиметры

Мультиметры выпускают в виде мобильных устройств, чтобы часто носить их с собой по большому предприятию или при выездной работе. Они функционируют от батарей типа «Крона» и автономны. Разнятся приборы по форм-фактору от очень компактных, напоминающих по форме шариковую ручку, до обычных прямоугольных, похожих на первые мобильные телефоны кнопочного типа. Они применяются в быту и профессиональной среде.

Другие разновидности предназначены для стационарного использования и подключаются к розетке 220 В. Они крупнее и предполагают настольную установку. Основная сфера использования — обслуживание и ремонт промышленного оборудования.

Еще мультиметры делятся по принципу работы на аналоговые и цифровые. Рассмотрим их устройство и отличия более детально.

Аналоговые мультиметры

Аналоговая версия крупнее по габаритам, поскольку внутри корпуса размещается микроамперметр магнитоэлектрического действия, группа шунтов для измерения тока и резисторы для замера напряжения. Результат выводится на аналоговый циферблат с прорисованными значениями. Показатели отображаются магнитной стрелкой, которая отклоняется на заданную величину.

К плюсам аналоговых мультиметров относятся:

  • более доступная стоимость;
  • меньшая чувствительность к помехам при замере сопротивления или величины напряжения;
  • возможность отображения динамики сигнала, если показатели колеблются (стрелка сразу отреагирует, а цифровой прибор покажет усредненное значение).

Из минусов аналоговых мультиметров выделяют:

  • высокую погрешность показаний;
  • крупные габариты, делающие частую транспортировку неудобной;
  • изначально требуется установка нуля, иначе погрешность будет еще больше;
  • отклонения в показаниях при удержании прибора на весу или на вибрирующем основании;
  • расчет некоторых величин вручную (например, среднеквадратичные значения);
  • неточность считывания данных, если смотреть на аналоговый экран сбоку.

Цифровые мультиметры

Принцип обработки и отображения результатов у цифрового мультиметра совершенно другой. Здесь действует аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в котором есть данные опорного сигнала. Система сравнивает их с поступающими и выдает итоговое значение. В дополнение к этому предусмотрен ЖК-экран, на котором выводятся цифры. Отпадает необходимость следить за стрелкой и присматриваться к градуированной шкале, определяя точные данные.

Это дает следующие преимущества перед аналоговыми версиями:

  • удобство восприятия и легкость снятия показаний;
  • высокая точность результатов;
  • данные не зависят от положения мультиметра в пространстве;
  • быстрая обработка после считывания;
  • есть автонастройка для определения величины тока;
  • прибор не портится при ошибочном подключении полярности;
  • компактные габариты корпуса и малый вес.

Недостатки цифровых мультиметров есть, но их немного:

  • более высокая стоимость;
  • на морозе дисплей с кристаллами замерзает и не работает;
  • при севшей батарее изображение тускнеет;
  • нагрев корпуса от соседних источников тепла приводит к ошибкам.

Критерии выбора мультиметра

Факты показывают, что цифровые мультиметры более функциональны и пользуются повышенной популярностью, чем аналоговые, хоть и стоят дороже. Поэтому целесообразно купить цифровой мультиметр, и дальше в статье мы рассмотрим критерии выбора именно таких моделей.

Класс электробезопасности

Этот параметр связан с максимальными токами, с которыми способен работать прибор. По ним мультиметры делятся для:

  • низковольтных цепей;
  • локальных цепей;
  • распределительных схем подачи питания в здания;
  • распределительных схем вне пределов здания.

Если прикоснуться щупами мультиметра, рассчитанными на 600 В, к контактам, по которым протекает 1000 В, то аппарат просто уйдет в защиту и измерить данные не получится. Для ремонта мобильных телефонов и планшетов достаточно мультиметра самой слабой категории. Когда предстоит возиться с проводкой в квартире, нужен прибор с максимумом до 500 В, чего хватит даже с запасом (ведь в локальных внутридомовых сетях бывает 220-400 В). Самый простой и доступный вариант для этого — DT-101.

Аналого цифровые измерительные приборы

Форм-фактор, габариты и вес

Все цифровые мультиметры достаточно компактны, но одни поместятся в рабочую сумку, а другие даже в карман куртки. Если предстоит часто использовать тестер «на ходу», выполняя замеры и переходя от одной точки к другой, то лучше выбрать мультиметр поменьше и полегче, например, DT-3260, напоминающий по форме ручку.

Аналого цифровые измерительные приборы

Погрешность

У всех мультиметров есть отклонения выдаваемых значений от фактических, которые называются погрешностью. Для бытовых задач и ремонта техники достаточно прибора с отклонением 2-2.5%. Для работы с высокоточным оборудованием тестер тоже должен максимально отражать данные. Тогда выбирайте погрешность 0.8-1.0%. Такая характеристика есть, например, у модели DT-960B.

Аналого цифровые измерительные приборы

Для ультра чувствительного оборудования необходим тестер с погрешностью 0.5%, как у DT-9959 МУЛЬТИМЕТР ЦИФРОВОЙ TRUE RMS.

Аналого цифровые измерительные приборы

Сопротивление

Все мультиметры способны замерять сопротивление проводника, вот только здесь приборы разнятся по возможностям. Аппараты для дома или ремонта автомобиля имеют предел 2 МОм. Замер сопротивления больших кабелей с внушительным сечением нуждается в показателях 40-60 МОм. Достойный тестер с такой характеристикой — DT-932N.

Аналого цифровые измерительные приборы

Размер экрана и подсветка

От размеров экрана зависит удобство считывания информации. В отличие от телефонов, планшетов и телевизоров, габариты дисплея в мультиметрах измеряются не в дюймах, а обозначаются номерами размеров. Самый маленький — 2. Для людей с хорошим зрением этого вполне достаточно. Если хотите цифры крупнее — выбирайте размер 3, 4 или 5. Хороший пример мультиметра с крупным экраном 5-го размера — DT-9930 LCR-Metr.

Аналого цифровые измерительные приборы

Подсветка упростит снятие показаний при недостаточном освещении. Это важная функция, ведь на чердаках и в подвалах света всегда не хватает. Есть черно-белые дисплеи, а бывают и цветные графические. С последними работать удобно, но стоят они дороже.

Дополнительные функции

В зависимости от нужд пользователя могут пригодиться следующие функции, встречающиеся в некоторых мультиметрах:

  • Наличие измерителя температуры. Помогает узнать температуру проводника в диапазоне от -20 до +80 градусов.
  • Измеритель емкости. Указывает на возможности и объемы накопления электроэнергии.
  • Фонарик. Поможет осветить путь.
  • Режим Hold. «Заморозит» данные на экране, если их не видно в момент прикосновения щупами к клеммам.
  • Сопряжение с компьютером. Бывает проводное или по Bluetooth. Поможет быстро передать данные для дальнейших расчетов.
  • Влагозащитное исполнение. Бывает на уровне IP67 и позволяет работать под водой.

В одних мультиметрах есть все вышеперечисленные функции сразу, в других — только некоторые. Выбирайте модель исходя из будущих задач.

Хотя аналоговые мультиметры стоят дешевле — они уже морально устарели и уступили дорогу цифровым. Для комфортной и точной работы выбирайте электронный тестер, обладающий большим количеством функций.

Источник