Číslicové měřící přístroje Princip Základní vlastnosti Přesnost měření

Číslicové měřící přístroje základem je A/D převodník převádějící analogové napětí na binární číslo měřená veličina je zobrazena dekadickým číslem na displeji vstupní zesilovač, A/D převodník a obvody číslicového zpracování vyžadují napájení (baterii) pro měření jiných veličin se používají převodníky pro převod této veličiny na napětí pro měření střídavých napětí (proudů) je přístroj vybaven převodníkem střídavého napětí na stejnosměrné činnost přístroje je řízena mikroprocesorem výsledky lze ukládat do vnitřní paměti lze zařadit do automatizovaných systémů

Blokové schéma číslicového měřícího přístroje VUS – vstupní úprava signálu – změna rozsahu (zesílení, zeslabení), přepěťová ochrana, převod jiné veličiny na napětí DP – dolní propust (antialiasingový filtr) VP – vzorkovač s pamětí (analogová paměť) – uchovává hodnotu napětí po dobu jeho převodu A/D převodníkem A/D – analogově číslicový převodník  n-bitové binární číslo ČZ – číslicové zpracování signálu – úprava řádu, … ZJ – zobrazovací jednotka – zobrazení v desítkové soustavě ŘJ – řídící jednotka

Vlastnosti digitálního přístroje = A/D převodníku hloubka digitalizace = rozlišovací schopnost počet bitů použitých pro digitalizaci: 7 až 9 u digitálních osciloskopů u multimetrů 11 až 15 ( i více) počet bitů (n) udává velikost jednoho kvanta (q), kterou lze převodníkem rozeznat Umax – rozsah měření pro 8 bitů q = 1/256  0,4 % rozsahu ! způsob digitalizace = rychlost převodu několik ns u digitálních osciloskopů až 50 ms běžných multimetrů

Přesnost číslicových měřících přístrojů je dána přesností analogové části zeslabením nebo zesílením signálu, případně jeho převodem na napětí její poměrná hodnota se v celém rozsahu nemění označuje se jako chybu čtení (Reading – rdg) udává se v % z měřené hodnoty přesností číslicové části chyby digitalizace a následného číslicového zpracování její absolutní hodnota je konstantní v celém měřícím rozsahů označuje se jako chyba plného rozsahu (Full scalle – FS) udává se v počtu displeji zobrazených jednotek nejnižšího řádu – digitech (dig nebo d) Např.: ± 0,5% ± 3d

Výpočet nejistoty (nepřesnosti) měření Pro přesnost měření veličiny X se nejčastěji používá relativní (procentní) nejistota X z měřené hodnoty Údaj o přesnosti výrobce ve tvaru X =  Rdg    FS je nutné převést na tvar X =  (1 + 2) kde: 1 – relativní chyba analogového zpracování = Rdg 2 – relativní chyba číslicového zpracování kde: XR – rozsah měření FS – rozsah displeje – nejčastěji v desítkových řádech

Přiřazení hodnoty FS rozsahu displeje U běžných multimetrů se rozsah displeje (hloubky digitalizace) udává v počtu zobrazených desítkových řádů, např.: 3½ místný displej. Tento 3½ místný displej zobrazí maximálně hodnotu 1 999 Celé číslo udává počet plných (nižších) řádů (0÷9) Zlomek udává „část“ z nejvyššího řádu ½  1 3½  FS = 1 999 4½  FS = 19 999 ¾  3 3 ¾  FS = 3 999 78  7 378  FS = 7 999 478  FS= 79 999 Větší rozsahy displejů se uvádí jako maximální hodnota displeje např.: 120 000

Výpočet nejistoty měření ze zobrazeného údaje U přístrojů s automatickou volbou rozsahu obvykle neznáme použitý rozsah – přesnost měření vypočítáme z údaje zobrazeného na displeji: Xd – počet násobku nejmenší rozlišované hodnoty (kvant) = zobrazená hodnota u které nebereme v úvahu existenci desetinné čárky (tečky) Např.: Pro hodnotu 16,13V je Xd=1613 dig. Příklad: Jaká je nejistota měření napětí U=1,325V přístrojem Rdg=0,5% a  FS= 2d  

Vliv měřené hodnoty na přesnost měření Stejně jako u analogových přístrojů má na přesnost měření vliv správná volba co nejmenšího = nejcitlivějšího rozsahu Nevýhodou číslicových přístrojů je hrubé odstupňování rozsahů nejméně po 10 (i více) násobcích nižší hodnoty Výsledky měření na velkých rozsazích jsou výrazně zkresleny chybou číslicového zpracování, s klesající zobrazenou (měřenou) hodnotou prudce roste FS ! ! !

Nevýhody číslicových přístrojů: hrubě odstupňované rozsahy – po celých dekádách (posunem desetinné čárky) omezený kmitočtový rozsah – u běžných multimetrů pouze do 400 až 1 000 Hz – magnetoelektrické přístroje s usměrňovačem spolehlivě měří harmonické průběhy do 10 kHz potřeba napájecího zdroje multimetry měří přesně pouze DC napětí, přesnost AC napětí a hlavně AC proudů je výrazně menší přístroje bez bargrafů nemožňují zachycení rychlých přechodových dějů – údaj na displeji se mění a není čitelný, nelze rozeznat směr změny