Digitale meetinstrumenten: voor- en nadelen, werkingsprincipe
Digitale meting is een van de meest revolutionaire manieren om verschillende fysieke grootheden te meten in de geschiedenis van de mensheid. We kunnen stellen dat in het algemeen, sinds de komst van digitale technologie, het belang van dit type apparaat voor een groot deel de toekomst van ons hele bestaan heeft bepaald.
Alle meetapparaten zijn onderverdeeld in analoog en digitaal.
Digitale meters hebben een hoge reactiesnelheid en een hoge nauwkeurigheid. Ze worden gebruikt om een breed scala aan elektrische en niet-elektrische grootheden te meten.
In tegenstelling tot digitale analoge apparaten slaan ze geen meetgegevens op en zijn ze niet compatibel met digitale microprocessorapparaten. Om deze reden is het noodzakelijk om elke ermee uitgevoerde meting te registreren, wat vervelend en tijdrovend kan zijn.
Het grootste nadeel van digitale meters is dat ze na een bepaalde tijd een externe stroombron of batterijlading nodig hebben.Bovendien maken de nauwkeurigheid, snelheid en efficiëntie van digitale apparaten ze duurder dan analoge apparaten.
Digitale meetinstrumenten — apparaten waarin de gemeten analoge ingangswaarde X automatisch empirisch wordt vergeleken met discrete waarden van de bekende (steekproef) waarde N en de meetresultaten in digitale vorm worden gegeven (Hoe verschillen analoge, discrete en digitale signalen?).
Blokschema van een digitale voltmeter
Bij het uitvoeren van vergelijkende bewerkingen in digitale meetinstrumenten worden het niveau en de tijd van de waarden van de continu gemeten grootheden gekwantiseerd. Het meetresultaat (numeriek equivalent van de gemeten waarde) wordt gevormd na het uitvoeren van digitale coderingsbewerkingen en wordt gepresenteerd in een geselecteerde code (decimaal voor weergave of binair voor verdere verwerking).
Digitale lichtmeter
Vergelijkingsoperaties in digitale meettoestellen worden uitgevoerd door speciale vergelijkingstoestellen. Gewoonlijk wordt het eindresultaat van de meting in dergelijke apparaten verkregen na opslag en bepaalde verwerking van de resultaten van afzonderlijke bewerkingen voor het vergelijken van de analoge waarde X met verschillende discrete waarden van de monsterwaarde N (vergelijking van bekende fracties van X met N van dezelfde waarde kan ook worden gedaan).
Het numerieke equivalent van X wordt aan het meetapparaat gepresenteerd door middel van uitvoerapparaten in een vorm die geschikt is voor waarneming (digitale weergave) en, indien nodig, in een vorm die geschikt is voor invoer in een elektronische computer (computer) of in een automatisch besturingssysteem (digitale controllers, programmeerbare logische controllers, intelligente relais, frequentieomvormers).In het tweede geval worden de apparaten meestal digitale sensoren genoemd.
Digitale nonometer
Over het algemeen bevatten digitale meetapparaten analoog-naar-digitaal-omzetters, een eenheid voor het genereren van een referentiewaarde N of een reeks vooraf gedefinieerde waarden van N, comparatoren, logische apparaten en uitvoerapparaten.
Automatische digitale meetapparaten moeten een apparaat hebben dat de werking van hun functionele eenheden regelt. Naast de noodzakelijke functionele blokken kan het apparaat extra bevatten, bijvoorbeeld converters van continue waarden X naar tussenliggende continue waarden.
Dergelijke converters worden gebruikt in meetinstrumenten waarbij de tussenliggende X gemakkelijker kan worden gemeten dan het origineel. De conversie van X naar elektrische grootheden wordt vaak toegepast bij het meten van verschillende niet-elektrische grootheden, op hun beurt worden elektrische grootheden vaak weergegeven door equivalente tijdsintervallen, enzovoort.
Zie ook:
Analoog naar digitaal converters (ADC) zijn apparaten die analoge invoersignalen accepteren en dienovereenkomstig hun digitale uitvoersignalen, geschikt voor het werken met computers en andere digitale apparaten, d.w.z. meestal wordt het fysieke signaal eerst omgezet naar analoog (vergelijkbaar met het oorspronkelijke signaal) en daarna wordt het analoge signaal omgezet naar digitaal.
Digitale meters maken gebruik van verschillende automatische meetmethoden en meetcircuits. Een afzonderlijke n bepaalt primair de specificiteit van de vergelijkingsmethoden.
X en N kunnen worden vergeleken door methoden voor balanceren en matchen. Bij de eerste methode wordt de verandering in de waarden van N gecontroleerd totdat de gelijkheid (met discretiefout) van de waarden van X in N of de daardoor geproduceerde effecten is verzekerd. Volgens de tweede methode worden alle waarden van N gelijktijdig vergeleken met X, en wordt de waarde van X bepaald door de waarde die ermee overeenkomt (met discretiefout) n.
Bij de afstemmingsmethode worden meestal meerdere vergelijkers tegelijkertijd gebruikt, of X heeft de mogelijkheid om in te werken op een gemeenschappelijk apparaat dat de N-waarde leest die ermee overeenkomt.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen methoden voor traceren, vegen en bitsgewijze balancering, evenals methodes voor het matchen van tellingen of leessporen, periodiek tellen of periodiek tellen van vergelijkingsresultaten.
Digitale multimeter
De eerste digitale meetinstrumenten in de geschiedenis waren ruimtelijke coderingssystemen.
In deze apparaten (sensoren) wordt de gemeten waarde volgens het meetschema met behulp van een analoge omvormer omgezet in een lineaire beweging of een rotatiehoek.
Bovendien wordt in de analoog-naar-digitaal-omzetter de resulterende verplaatsing of rotatiehoek gecodeerd met behulp van een speciaal codemasker, dat wordt toegepast op speciale codeschijven, trommels, linialen, platen, kathodestraalbuizen, enz.
Maskers creëren symbolen (0 of 1) van het nummer N-code in de vorm van geleidende en niet-geleidende, transparante en ondoorzichtige, magnetische en niet-magnetische gebieden, enz. Uit deze gebieden verwijderen speciale lezers de ingevoerde code.
De meest gebruikelijke methode om ambiguïteitsfouten te verwijderen, is gebaseerd op het gebruik van speciale cyclische codes, waarbij aangrenzende getallen in slechts één bit verschillen, d.w.z. de leesfout kan de kwantiseringsstap niet overschrijden. Dit wordt bereikt door het feit dat wanneer elk cijfer wordt gewijzigd door één in de cyclische code, er slechts één teken wordt gewijzigd (er wordt bijvoorbeeld de Gray-code gebruikt).
Digitale encoder
Afhankelijk van de implementatie van de encoder kunnen transducers voor ruimtelijke codering worden onderverdeeld in contact-, magnetische, inductieve, capacitieve en foto-elektrische transducers (zie — Hoe encoders werken en werken).
Voorbeelden van digitale meters: