Цифровые измерительные приборы ФГОУ ВПО «Брянская ГСХА»
Что это? Цифровой измерительный прибор – это измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы информации, представляемой в цифровой форме. [ Кроме того, приборы могут выдавать информацию в виде кода, который вводят в ЭВМ, печатающие или запоминающие устройства ]
По принципу действия приборы делят на: Приборы последовательного счета Приборы, в которых непрерывную измеряемую величину последовательно преобразуют в дискретную информацию, а затем отображают в цифровой форме. Приборы поразрядного уравновешивания (кодоимпульсные) Приборы, в которых сравнение измеряемой величиной ведут по разрядам выбранного кода, после чего происходит считывание кода со свех разрядов с последующим преобразованием его и отображением в цифровой форме. Приборы считывания Приборы прямого преобразования измеряемой величины в код.
Параметры • Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, на который рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной точностью измерения). • Порог чувствительности — некоторое минимальное или пороговое значение измеряемой величины, которое прибор может различить. • Чувствительность связывает значение измеряемого параметра с соответствующим ему изменением показаний прибора. • Точность — способность прибора указывать истинное значение измеряемого показателя (предел допустимой погрешности или неопределённость измерения). • Стабильность — способность прибора поддерживать заданную точность измерения в течение определенного времени после калибровки.
Принцип работы Ux Входное устройство U ’x Код АЦП N ЦОУ Десятичная цифра Устройство управления Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра приведена на рисунке. Схема состоит из входного устройства, АЦП, цифрового отсчетного устройства и управляющего устройства.
Аналого – цифровой преобразователь Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор. Четырёхканальный аналогоцифровой преобразователь
Как работает? Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровом кодом. Процесс аналого цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в АЦП цифровых вольтметров двоично десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством. Цифровое отсчетное устройство измерительного прибора регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет и управляет всеми узлами вольтметра. По типу АЦП цифровые вольтметры могут быть разделены на четыре основные группы: • кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием); • времяимпульсные; • частотно импульсные; • пространственного кодирования. В настоящее время цифровые вольтметры строятся чаще на основе кодоимпульсного и времяимпульсного преобразования. АЦП вольтметров преобразуют сигнал постоянного тока в цифровой код, поэтому и цифровые вольтметры также считаются приборами постоянного тока. Для измерения напряжения переменного тока на входе вольтметра ста вится преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, чаще всего это детектор средневыпрямленного значения.
Основные технические характеристики среднестатистического цифрового вольтметра постоянного тока 1. 2. 3. 4. 5. диапазон измерения: 100 м. В, 100 В, 1000 В; порог чувствительности (уровень квантования амплитуды напряжения или единица дискретности) на диапазоне напряжения в 100 м. В может быть 1 м. В, 10 Омк. В, 10 мк. В; количество знаков (длина цифровой шкалы) — отношение максималь ной измеряемой величины на этом диапазоне к минимальной; например: диапазону измерения 100 м. В при уровне квантования 10 мк. В соответствует 104 знаков; входное сопротивление электрической схемы — очень высокое, обычно более 100 МОм; помехозащищенность — так как цифровые вольтметры обладают высокой чувствительностью, очень важно обеспечить хорошую помехозащищен ность.
Цифровые частотомеры Частотомеры сам принцип работы приборов основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Временной интервал измерения задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора или из внешнего источника. Более простыми словами можно сказать что прибор является сравнивающим устройством, точность которого зависит от эталонной частоты и правильности задания её. [ Данное устройство отличается высокой точностью и широким диапазоном частот относитьтельно своих аналогов ]
Цифровой электронный омметр Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.
Мультиметр Мультиме тр — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.
Характеристики мультиметров Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2, 5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3, 5 (точность обычно около 1, 0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4, 5 (точность обычно около 0, 1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0, 01 %, несмотря на портативное исполнение Мультиметр высокой точности Gossen Metra Hit 23 S. Базовая погрешность 0, 05 % измеряемой величины + 3 младших разряда
Основные режимы измерений DCV — измерение ACV — измерение переменного напряжения постоянного напряжения Ω — измерение электрического сопротивления DCA — измерение постоянного тока
Дополнительные функции Прозвонка — измерение электрического сопротивления со звуковой (иногда и световой) сигнализацией низкого сопротивления цепи (обычно менее 50 Ом) Тест диодов — проверка полупроводниковых 0 как транзисторов и, правило, нахождение их h 21 э проверка целостности полупроводниковых диодов и нахождение их «прямого напряжения» Измерение ёмкости Тест транзисторов — электрической Измерение температуры, с применением внешнего датчика (как правило, термопара К типа) Измерение частоты гармонического сигнала Измерение индуктивности (редко) Генерация тестового сигнала простейшей формы
«+» и « » цифровых измерительных устройств. Недостатки: • • • сложность устройств высокая стоимость невысокая надежность Преимущества: • • • Работа в любом положении в пространстве Не требуют отсчета по шкале Автоматический выбор предела измерений
Переход от «стрелки» к «цифре» Сегодня заинтересованность России в электронных щитовых приборах велика. И в системообразующих и в распределительных электрических сетях парк щитовых приборов является устаревшим и не соответствует современным требованиям. По различным оценкам, в настоящее время около 70% средств измерений на подстанциях всех классов напряжений подлежат замене. Это преимущественно стрелочные приборы со сроком службы более 35 лет. Современные экономические условия требуют оптимизации управления сетями, перехода к цифровым технологиям и необслуживаемым подстанциям. Это в свою очередь повышает требования к надежности работы оборудования и средств измерений. Осуществить такой переход без комплексной модернизации невозможно. Решать проблему массовой замены стрелочных приборов нужно поэтапно. Замена стрелочных приборов должна идти в процессе технического перевооружения и реконструкции подстанций на основе пилотных проектов, лучшие и наиболее эффективные из которых должны стать основой типовых проектов реконструкции. Такой поэтапный подход позволит обеспечить баланс экономичности и надежности решений по выбору новых цифровых средств измерений.
Скачать презентацию Цифровые измерительные приборы ФГОУ ВПО Брянская ГСХА
ЦИП.ppt