Thiết bị đo kỹ thuật số: ưu nhược điểm, nguyên lý hoạt động
Đo lường kỹ thuật số là một trong những cách mang tính cách mạng nhất để đo lường các đại lượng vật lý khác nhau trong suốt lịch sử nhân loại. Có thể nói rằng nói chung, kể từ khi công nghệ kỹ thuật số ra đời, tầm quan trọng của loại thiết bị này đã quyết định phần lớn đến tương lai của toàn bộ sự tồn tại của chúng ta.
Tất cả các thiết bị đo được chia thành analog và kỹ thuật số.
Máy đo kỹ thuật số có tốc độ phản hồi cao và độ chính xác cao. Chúng được sử dụng để đo nhiều loại đại lượng điện và phi điện.
Không giống như các thiết bị tương tự kỹ thuật số, chúng không lưu trữ dữ liệu đã đo và không tương thích với các thiết bị vi xử lý kỹ thuật số. Vì lý do này, cần phải ghi lại mọi phép đo được thực hiện với nó, điều này có thể rất tẻ nhạt và tốn thời gian.
Nhược điểm chính của đồng hồ kỹ thuật số là chúng cần nguồn điện bên ngoài hoặc sạc pin sau một thời gian nhất định.Ngoài ra, độ chính xác, tốc độ và hiệu quả của các thiết bị kỹ thuật số khiến chúng đắt hơn các thiết bị analog.
Thiết bị đo kỹ thuật số — thiết bị trong đó giá trị tương tự đầu vào X được đo tự động được so sánh theo kinh nghiệm với các giá trị rời rạc của giá trị (mẫu) N đã biết và kết quả đo được đưa ra ở dạng kỹ thuật số (Tín hiệu tương tự, rời rạc và kỹ thuật số khác nhau như thế nào?).
Sơ đồ khối của vôn kế kỹ thuật số
Khi thực hiện phép toán so sánh trong các dụng cụ đo kỹ thuật số, mức độ và thời gian của các giá trị của đại lượng đo liên tục được lượng tử hóa. Kết quả đo (số tương đương với giá trị đo) được hình thành sau khi thực hiện các thao tác mã hóa kỹ thuật số và được trình bày ở dạng mã đã chọn (thập phân để hiển thị hoặc nhị phân để xử lý thêm).
Máy đo ánh sáng kỹ thuật số
Hoạt động so sánh trong các thiết bị đo kỹ thuật số được thực hiện bởi các thiết bị so sánh đặc biệt. Thông thường, kết quả cuối cùng của phép đo trong các thiết bị như vậy thu được sau khi lưu trữ và xử lý nhất định kết quả của các hoạt động riêng biệt để so sánh giá trị tương tự X với các giá trị rời rạc khác nhau của giá trị mẫu N (so sánh các phân số đã biết của X với N có cùng giá trị cũng có thể được thực hiện).
Giá trị tương đương bằng số của X được trình bày cho thiết bị đo bằng các thiết bị đầu ra ở dạng thuận tiện cho nhận biết (màn hình kỹ thuật số) và, nếu cần, ở dạng thuận tiện để nhập vào máy tính điện tử (máy tính) hoặc vào hệ thống điều khiển tự động (bộ điều khiển số, bộ điều khiển logic khả trình, rơle thông minh, bộ biến tần).Trong trường hợp thứ hai, các thiết bị thường được gọi là cảm biến kỹ thuật số.
máy đo kỹ thuật số
Nói chung, các thiết bị đo kỹ thuật số chứa bộ chuyển đổi tương tự sang số, một đơn vị để tạo giá trị tham chiếu N hoặc một tập hợp các giá trị N được xác định trước, bộ so sánh, thiết bị logic và thiết bị đầu ra.
Thiết bị đo kỹ thuật số tự động phải có thiết bị điều khiển hoạt động của các khối chức năng, ngoài các khối chức năng cần thiết, thiết bị có thể chứa thêm các bộ chuyển đổi giá trị liên tục X thành giá trị liên tục trung gian.
Các bộ chuyển đổi như vậy được sử dụng trong các dụng cụ đo lường trong đó X trung gian có thể được đo dễ dàng hơn so với bản gốc. Việc chuyển đổi X thành các đại lượng điện thường được sử dụng khi đo các đại lượng phi điện khác nhau, đến lượt các đại lượng điện thường được biểu thị bằng các khoảng thời gian tương đương, v.v.
Xem thêm:
Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) là những thiết bị chấp nhận tín hiệu tương tự đầu vào và theo đó, tín hiệu số đầu ra của chúng, phù hợp để làm việc với máy tính và các thiết bị kỹ thuật số khác, tức là. thông thường, tín hiệu vật lý đầu tiên được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự (tương tự như tín hiệu gốc) và sau đó tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành kỹ thuật số.
Đồng hồ kỹ thuật số sử dụng nhiều phương pháp đo tự động và mạch đo. Một n riêng biệt xác định tính đặc hiệu chủ yếu của các phương pháp so sánh.
X và N có thể được so sánh bằng phương pháp cân bằng và đối sánh. Trong phương pháp đầu tiên, sự thay đổi giá trị của N được kiểm soát cho đến khi sự bằng nhau (với sai số rời rạc) của các giá trị của X trong N hoặc các hiệu ứng do chúng tạo ra được đảm bảo. Theo phương pháp thứ hai, tất cả các giá trị của N được so sánh đồng thời với X và giá trị của X được xác định bởi giá trị khớp với nó (có sai số rời rạc) n.
Trong phương pháp khớp, một số bộ so sánh thường được sử dụng đồng thời hoặc X có khả năng hoạt động trên một thiết bị chung đọc giá trị N khớp với nó.
Có sự phân biệt giữa các phương pháp theo dõi, quét và cân bằng theo bit, cũng như các phương pháp khớp theo dõi đếm hoặc đọc theo dõi, đếm định kỳ hoặc đếm định kỳ các kết quả so sánh.
vạn năng kỹ thuật số
Các công cụ đo lường kỹ thuật số đầu tiên trong lịch sử là các hệ thống mã hóa không gian.
Trong các thiết bị (cảm biến) này, theo sơ đồ đo, giá trị đo được chuyển đổi với sự trợ giúp của bộ chuyển đổi tương tự thành chuyển động tuyến tính hoặc góc quay.
Ngoài ra, trong bộ chuyển đổi tương tự sang số, độ dịch chuyển hoặc góc quay thu được được mã hóa bằng mặt nạ mã đặc biệt, được áp dụng cho các đĩa mã đặc biệt, trống, thước kẻ, tấm, ống tia âm cực, v.v.
Mặt nạ tạo các ký hiệu (0 hoặc 1) của mã số N dưới dạng các vùng dẫn điện và không dẫn điện, trong suốt và mờ đục, vùng từ tính và không từ tính, v.v. Từ các khu vực này, các trình đọc đặc biệt sẽ xóa mã đã nhập.
Phương pháp phổ biến nhất để loại bỏ các lỗi mơ hồ dựa trên việc sử dụng các mã tuần hoàn đặc biệt, trong đó các số liền kề chỉ khác nhau một bit, tức là lỗi đọc không thể vượt quá bước lượng tử hóa. Điều này đạt được là do khi mỗi số được thay đổi bằng một trong mã tuần hoàn, thì chỉ có một ký tự được thay đổi (ví dụ: mã Gray được sử dụng).
Bộ mã hóa kỹ thuật số
Tùy thuộc vào việc triển khai bộ mã hóa, các bộ chuyển đổi mã hóa không gian có thể được chia thành các bộ chuyển đổi tiếp xúc, từ tính, cảm ứng, điện dung và quang điện (xem — Cách bộ mã hóa hoạt động và hoạt động).
Ví dụ về đồng hồ kỹ thuật số: