В чем отличие аналоговых измерительных приборов от цифровых

Как правильно выбрать аналоговый и цифровой мультиметр

Тестер — это многофункциональный прибор, предназначенный для измерения всевозможных радио и электрических величин. Другое его название — мультиметр. Слово мультиметр произошло от английского multimeter (функциональный измеритель) и представляет собой сложное электроизмерительное устройство.

С помощью тестера можно без труда определить величину напряжения и силу тока, сопротивление проводников, узнать параметры диодов и транзисторов, проверить целостность кабеля. Используя мультиметр совместно с другими радиоизмерительными устройствами, можно отремонтировать любой тип радиоприборов, электропроводку и её части.

Виды устройств и характеристики

Мультиметры используются как профессионалами, так и начинающими радиолюбителями. Торговые площадки предлагают тестеры, различающиеся по возможностям и стоимости. Выяснив, в чём их различия, какие функции первостепенные, выбрать устройство с приемлемой для себя ценой станет несложно. Такой прибор будет полезен как в бытовой, так и в профессиональной деятельности.

По своей функциональности и принципу работы выпускаемые устройства разделяют на:

• аналоговые мультиметры;
• цифровые мультиметры;
• комбинированные.

По характеру измерения они бывают узкоспециализированными и многофункциональными. Дополнительно тестеры характеризуются величиной погрешности, диапазоном измерения, присутствием защиты.

При работе с мультиметром важно понимать значки, указанные на нём. Такими значками являются следующие общепринятые обозначения:

ACA или А

Возможности стрелочного прибора

Самые первые измерительные приборы снабжались стрелочным устройством. Оно представляет собой электромеханическую головку. Конструктивно она выполнена в виде рамки, которая находится в магнитном поле. На эту головку подаётся электрический сигнал через различные сопротивления. В зависимости от силы тока стрелка в рамке отклоняется, устанавливаясь в определённом положении. Диапазон отклонения стрелки проградуирован, согласно этим значения и вычисляется требуемая величина.

Технические возможности аналогового тестера во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Главным достоинством такого вида прибора является инерционность и невосприимчивость к помехам во время измерения постоянного напряжения и величины сопротивления. Например, при вычислении постоянного напряжения с пульсациями тестер проигнорирует их и покажет среднее значение. Расширить диапазон измерения можно, применив добавочные сопротивления или шунт.

Стрелочные приборы идеально подходят для отображения динамики сигнала. Мультиметр аналоговый мгновенно показывает изменение сигнала. Вместе с тем такой прибор обладает большой погрешностью при измерениях в высокоомных цепях и некоторой сложностью в интерпретации результатов измерения. При каждом замере необходимо анализировать положение стрелки на определённом диапазоне, соответствующем роду току и проверяемому сигналу.

Отличия цифрового приспособления

Главной особенностью цифрового мультиметра является наличие жидкокристаллического экрана, на котором наглядно отображается измеряемая величина. В основе принципа работы прибора лежит сравнение измеряемого сигнала с опорным, для этого используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП), встроенный в прибор.

Цифровые мультиметры выпускаются как в мобильном виде, так и стационарном. Питание мобильных приборов осуществляется с помощью портативных элементов питания (например, батарейки крона 9 В). Стационарные тестеры подключаются к сети переменного тока 220 В.

Одной из характеристик прибора является разрядность. Она обозначает, как точно устройство сможет проводить измерение. Например, разрядность 3,5 означает, что экран устройства имеет четыре полных разряда в пределе от 0 до 9 и один с ограничением. Точность такого тестера составляет один процент. Разрядность со значением 3,5 наиболее распространена в переносных приборах, но в то же время выпускаются и цифровые мультиметры с величиной более пяти, их точность более 0,1%.

Типовая неточность цифровых измерителей при замере постоянных величин лежит в пределе 0,2%, при замерах переменных величин — 0,3%. Тут следует отметить, что при повышении частоты сигнала неточность измерения увеличивается.

Входной импеданс не зависит от диапазона измерения и составляет порядка 11 МОм, внутренняя ёмкость равна 100 пФ, падение разности потенциалов при определении тока — около 0,2 В. Потребляемая мощность во время измерения постоянного напряжений и тока равна 0,018 Вт и 0,063 Вт при измерении сопротивления, переменного напряжения и тока. Цифровое устройство разрешает проводить измерения при напряжении элемента питания до 7,5 В.

Качество измерения определяется не разрядностью, а типом аналого-цифрового преобразователя. Оно также зависит от точности калибровки и класса применяемых радиодеталей.

Критерии выбора мультиметра

Количество выпускаемых устройств настолько велико, что каждый для себя может подобрать прибор, полностью удовлетворяющий предъявляемые к нему требования как по характеристикам, так и по набору функций. Цена тестера определяется его функциональностью, качеством исполнения и точностью измерений.

Дополнительная функциональность тестеров

Кроме типового набора величин тестеры позволяют проводить измерения ёмкости, индуктивности, температуры и частоты, вычислять параметры импульсных сигналов, совершать проверку цепи на целостность путём подачи звукового сигнала или резким отклонением стрелки. Нередко мультиметр обладает возможностями проверки параметров полупроводниковых приборов, содержит встроенный генератор типа меандр.

Устройство, обладающее жидкокристаллическим экраном со специальными логическими элементами, способно заменить собой простейший осциллограф, выводя на экран форму сигнала и его характеристики. Ряд мультиметров имеют интерфейсы для сопряжения с компьютером. Это Com порт для портативных устройств и GPIB порт для стационарных. Такие порты необходимы, когда устройство имеет возможность запоминать результаты измерений для дальнейшей их обработки.

Основные особенности конструкций

В своём конструктивном виде тестеры консервативны и выпускаются прямоугольной формы. В хороших приборах корпус выполняется из прочного пластика с влагозащитным покрытием. Различия состоят в количествах экранов, видах управления (кнопки, диск), габаритах устройства.

Мультиметры, оборудованные двумя информационными экранами, являются более информативными и дают возможность произвести качественную оценку измеряемой величины. Часто одним из экранов устанавливается жидкокристаллический, а вторым — стрелочный или светодиодный. Поскольку в цифровых тестерах применяются точные, но медленные аналого-цифровые преобразователи, информация на табло не может обновляться быстрее, чем раз в четыре секунды.

Использование совместно со стрелочным или светодиодным экраном даёт возможность оценить изменения в динамике с высокой точностью. Светодиодная индикация выполняется в виде столбика, точность отображения невысокая, но скорость обновления достигает более 15−20 раз в секунду.

Применение приборов с двумя цифровыми экранами разрешает при измерении увидеть сразу два параметра, например, во время измерения напряжения сразу измерить и ток. Если экран графический, т. е. может визуализировать форму сигнала, то такой прибор с лёгкостью заменит простой осциллограф. Использование подсветки экрана решает проблему проведения замеров при недостаточном освещении.

Защита и электроизмерительные щупы

Немаловажным параметром является способность мультиметра защитить свои электронные цепи при возникновении нештатных ситуаций. Например, всплески напряжения, подключение неверного режима измерения, неверно выставленный диапазон замера.

Защита выполняется как электронного, так и электромеханического типа. Электронная защита использует полупроводниковые свойства элементов и обладает неоспоримыми преимуществами (быстротой срабатывания, надёжностью, возможностью самовосстановления). Самая простая защита — это плавкий предохранитель.

Приборы характеризуются и степенью электробезопасности. В соответствии с международной классификацией приборы измерения разделяют на четыре категории работы:

• с низковольтными цепями электронных узлов;
• с локальными цепями питания;
• с распределительными цепями питания в зданиях;
• с распределительными цепями питания за пределами зданий.

Приобретая мультиметр, следует обращать внимание на качество измерительных щупов, содержащихся в комплекте с устройством. Шнуры к щупам должны быть максимально гибкими, но в то же время выполненными из толстого провода с хорошей изоляцией. Крепление со щупами и штекерами выполнено с использованием дополнительных втулок из резины, предназначенных для увеличения защиты.

С функциональными тестерами в комплекте поставляется и термопара. Она состоит из проводников разного типа, точечно соединяющихся между собой. Её назначение заключается в измерении температуры. В тот момент, когда на одном из таких контактов изменяется температура, создаётся определённый потенциал. Напряжение измеряется тестером и с помощью АЦП переводится в значение температуры.

Существуют также мультиметры специального типа, они обладают взрывобезопасностью и предназначены для применения в опасных условиях (на шахтах, нефтяных станциях и т. п. ). Такие мультиметры имеют специальную защитную оболочку и корпус.

Этапы проведения измерений

Для того чтобы провести измерения, мультиметр подключают с помощью набора проводов к измеряемому объекту. Одну сторону провода закрепляют в штекер, на другую его сторону надевают контактный щуп. Порядок проведения измерений состоит из следующих этапов:

1. Включить устройство.
2. Вставить штекера проводов в соответствующие гнёзда на панели прибора.
3. Выбрать тип измерения и диапазон (не нужно, если тестер имеет функцию автоматического выбора).
4. Дотронуться измерительными щупами до точек проведения замеров.
5. Снять показания с экрана прибора.

Выбор торговой марки

Большинство продаваемых устройств собирается с использованием качественной элементной базы. Но сама сборка корпусных деталей и монтаж платы внутри бывает довольно низкого качества. Зазоры в корпусе, недоброкачественное исполнение разъёмов входов и выходов, слабо прилегающие элементы влияют на сроки эксплуатации и точность показаний прибора. С наилучшей стороны зарекомендовали себя следующие торговые марки:

• Mastech.
• Fluke.
• CEM.
• APPA.
• UNI-T.
• Elitech.

При выборе потребуется оценить область использования мультиметра. Для профессиональной работы и специализированных измерений лучше выбрать высокоточный прибор. Для домашнего использования удобнее приобрести мультиметр цифровой. Выбрать цену, фото внешнего вида, характеристики и особенности можно, посетив сайт производителя понравившегося устройства.

Поскольку прибор питается низковольтным напряжением, он считается безопасным для здоровья человека. Но при использовании устройства нужно учитывать, что опасность может представлять объект измерения, поэтому следует соблюдать требования по электробезопасности.

В чем отличие аналоговых измерительных приборов от цифровых

В 1980-х годах одной из самых захватывающих вещей, которыми вы могли обладать, были цифровые часы. Вместо того, чтобы определять время по медленно вращающимся стрелкам, как это было с аналоговыми часами старого стиля, вы просто смотрите на цифры цифрового дисплея.

С тех пор мы более привыкли к идее цифровых технологий. Теперь все в значительной степени цифровое, от телевидения и радио до музыкальных плееров, фотоаппаратов, мобильных телефонов и даже книг. В чем разница между аналоговыми и цифровыми технологиями? Какая из этих технологий лучше? Давайте посмотрим!

Что такое аналоговая технология?

Люди воспринимают цифровые вещи достаточно легко, часто считая их электронными, компьютеризированными. Но концепция аналоговых технологий часто кажется более странной, особенно когда люди пытаются объяснить это на польцах.

Что на самом деле означает аналог?

Если у вас есть аналоговые часы, они показывают время стрелками вокруг циферблата: положение стрелок — это измерение времени. То, сколько движутся стрелки, напрямую связано с тем, сколько времени. Таким образом, если часовая стрелка проходит по двум сегментам циферблата, это показывает, что прошло вдвое больше времени, чем если бы она прошла только один сегмент. Это звучит невероятно очевидно, но гораздо тоньше, чем кажется на первый взгляд. Дело в том, что движения стрелки над циферблатом является способом представления времени прохождения. Это не то же самое, что само время: это представление или аналогия времени. То же самое верно, когда вы измеряете что-то с помощью линейки. Если вы измерите длину пальца и отметите его на поверхности деревянной линейки, то эта маленькая полоска дерева или пластика, на которую вы смотрите (маленький отрезок линейки), будет той же длины, что и ваш палец. Конечно, это не ваш палец — это аналоговое отображение вашего пальца. Это действительно то, что означает термин аналог.

Фото: этот аналоговый термометр показывает температуру с помощью указателя и шкалы.

Аналоговые измерения

Пока компьютеры не стали доминировать в науке и технике в первые десятилетия 20-го века, практически каждый измерительный прибор был аналоговым. Если вы хотели измерить электрический ток, вы делали это с помощью измерителя с подвижной катушкой, у которого маленький указатель двигался над циферблатом. Чем больше указатель перемещается вверх по шкале, тем выше ток в вашей цепи. Указатель был аналогом текущего тока. Все виды других измерительных приборов работали аналогичным образом, от весов и спидометров до измерителей уровня звука и сейсмографов (сейсмоприемники).

Аналоговая информация

Однако аналоговая технология — это не просто измерение вещей или использование циферблатов и указателей. Когда мы говорим, что что-то является аналоговым, мы часто просто подразумеваем, что оно не является цифровым: работа, которую он выполняет, или информация, которую он обрабатывает, не требует обработки чисел в электронном виде. Пленочный фотоаппарат старого стиля иногда называют примером аналоговой технологии. Вы фиксируете изображение на прозрачной пластиковой «пленке», покрытой химикатами на основе серебра, которые реагируют на свет. Когда пленка проявлена (химически обработана в лаборатории), она используется для печати изображения, которое вы сфотографировали. Другими словами, изображение, которое вы получаете, является аналогом сцены, которую вы хотели записать. То же самое относится и к записи звуков с помощью старомодного кассетного магнитофона. Запись, которую вы делаете, представляет собой набор намагниченных областей на длинном рулоне пластиковой ленты. Вместе они представляют аналогию звуков, которые вы изначально слышали.

Что такое цифровая технология?

Цифровая технология совсем другая. Вместо того, чтобы хранить слова, картинки и звуки в виде изображений на пластиковых пленках или магнитных лентах, мы сначала преобразуем информацию в числа (цифры) и вместо этого отображаем или сохраняем числа.

Цифровые измерения

Фото: небольшой ЖК-дисплей на карманном калькуляторе. Большинство цифровых устройств сейчас используют подобные ЖК-дисплеи, которые дешевы в изготовлении и легко читаются.

Многие научные инструменты теперь измеряют вещи в цифровом виде (автоматически отображая показания на ЖК-дисплеях) вместо использования аналоговых указателей и циферблатов. Термометры, измерители артериального давления, мультиметры (для измерения электрического тока и напряжения) и весы — это лишь некоторые из распространенных измерительных приборов, которые теперь могут дать вам мгновенное цифровое считывание. Цифровые дисплеи, как правило, быстрее и легче для чтения, чем аналоговые; точнее ли они, зависит от того, как на самом деле производится и отображается измерение.

Цифровая информация

Фото: электронные книги обязаны своими преимуществами цифровой технологии: они могут хранить эквивалент тысячи бумажных книг в тонком электронном устройстве, которое умещается в вашей книге. Мало того, они могут загружать цифровые книги из Интернета.

Все виды повседневных технологий также работают с использованием цифровых, а не аналоговых технологий. Например, мобильные телефоны передают и принимают вызовы, преобразовывая звуки голоса человека в числа, а затем отправляя номера из одного места в другое в форме радиоволн. При таком способе цифровая технология имеет много преимуществ. Хранить информацию в цифровом виде проще, и обычно она занимает меньше места. Вам понадобится несколько полок для хранения 400 виниловых аналоговых пластинок, но с MP3-плеером вы можете положить столько же музыки в свой карман! Электронные книги могут хранить пару тысяч книг — около 50 полок — в пространстве, меньшем, чем одна книга в мягкой обложке! Цифровая информация, как правило, более безопасна: разговоры по мобильному телефону перед передачей шифруются — что легко сделать, когда информация находится в числовой форме. Вы также можете легко редактировать и воспроизводить цифровую информацию. Немногие из нас достаточно талантливы, чтобы перерисовать картину Рембрандта или Леонардо в несколько ином стиле. Но любой может отредактировать фотографию (в цифровом виде) в программе для компьютерной графики, которая работает, манипулируя числами, которые представляют изображение, а не само изображение.

Что лучше, аналоговый или цифровой?

Фото: ранний аналоговый компьютер 1949 года: машины, подобные этой, представляли собой числа с аналоговыми циферблатами, рычагами, ремнями и шестернями, а не (цифровыми) числами, хранящимися в электронной памяти.

Просто потому, что цифровая технология имеет преимущества, это не значит, что она всегда лучше аналоговой. Аналоговые часы могут быть гораздо более точными, чем цифровые, если они используют высокоточное движение (шестерни и пружины) для измерения времени прохождения, и, если они имеют стрелочную систему, они будут отображать время более точно, чем цифровые часы. Как правило, самые дорогие часы в мире являются аналоговыми (конечно, отчасти потому, что людям нравятся как они выглядят), хотя самые точные в мире атомные часы показывают время с помощью цифровых дисплеев.

Один интересный вопрос заключается в том, будет ли информация, хранящаяся в цифровой форме, храниться столько же, сколько аналоговая информация. В музеях до сих пор хранятся бумажные документы (и те, что написаны на глине или камне), которым тысячи лет, но ни где не хранится первый разговор по электронной почте или мобильному телефону. Откройте любую книгу по истории фотографии, и вы увидите репродукции ранних фотографий, снятых Niepce, Daguerre и Fox-Talbot. Но вы не увидите первой цифровой фотографии: хотя она была намного более свежей, вероятно, никто не знает, что это было и кто ее сделал! Множество людей владеют виниловыми пластинками и дорожат ими десятилетиями, но никто не придает такого же значения музыкальным файлам MP3. Много информации, записанной на ранних компьютерных запоминающих устройствах, совершенно невозможно прочитать на более новых компьютерах; даже дискеты, обычные еще в середине 1990-х годов, невозможно прочитать на современных компьютерах, которые больше не имеют встроенных дисководов.

Поэтому, хотя будущее может быть цифровым, аналоговые технологии всегда найдут свое место!

Что такое дискретизация?

Аналоговую информацию легко преобразовать в цифровую: вы делаете это каждый раз, когда делаете цифровую фотографию, записываете звук на свой компьютер или разговариваете по мобильному телефону. Этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП) или, если говорить неформально, дискретизацией. Дискретизация просто означает «измерение с регулярными интервалами» — и это проще всего понять на примере.

Предположим, я разговариваю с вами по мобильному телефону. Звук моего голоса — это волны энергии, которые распространяются по воздуху на микрофон телефона, который преобразует их в электрические сигналы. Звуковые волны и сигналы представляют собой непрерывно изменяющиеся формы волны — они являются аналоговой информацией — и они выглядят как верхний график на диаграмме.

Художественное произведение: Верхнее изображение аналоговая звуковая волна. Средняя: низкая частота дискретизации дает грубое цифровое приближение к исходной волне. Внизу: удвоение частоты дискретизации дает более точную цифровую версию волны, но генерирует вдвое больше цифровой информации (данных), которую нам нужно хранить и передавать.

Сотовый телефон передает звук в цифровой форме, поэтому эти аналоговые волны необходимо преобразовать в числа. Как это происходит? Схема внутри телефона, называемая аналого-цифровым преобразователем, измеряет размер волн много раз в секунду и сохраняет каждое измерение в виде числа. На среднем рисунке вы можете видеть, что я превратил первый график в очень приблизительную гистограмму. Если каждый столбец представляет одну секунду времени, мы можем представить этот график с помощью девяти чисел (одно число для высоты каждого столбца): 5-7-7-5-1-1-3-3-5. Таким образом, сэмплируя (измеряя) звуковую волну один раз в секунду, мы успешно превратили нашу аналоговую звуковую волну в цифровую информацию. Мы могли бы посылать эти цифры по воздуху в виде радиоволн на другой телефон, который запустил бы процесс в обратном порядке и превратил бы числа в звук, который мы можем слышать.

Но вы видите проблему? Некоторая информация будет потеряна в процессе преобразования звука в цифры и обратно, потому что измерения, которые я провел, точно не отражают форму исходной волны: это только грубое приближение. Что я могу сделать по этому поводу? Я мог бы сделать больше измерений, измеряя звуковую волну в два раза чаще. Это означает удвоение так называемой частоты дискретизации. Теперь, как вы можете видеть на нижнем графике, я получаю в два раза больше измерений, и моя звуковая волна представлена ​​восемнадцатью числами: 6-7-7-8-8-7-7-5-2-1-1-2 -3-3-4-4-4-4. Чем больше я увеличиваю частоту дискретизации, тем точнее становится мое цифровое представление звука, но чем больше цифровой информации я создаю, тем больше нужно места для ее хранения.

Частота дискретизации и битрейт

Когда вы загружаете цифровую музыку, вам может быть предложено загрузить одну и ту же дорожку с так называемым разным битрейтом. Вообще говоря, битрейт — это количество информации, получаемой каждый раз, когда сэмплируется музыка. Таким образом, более высокая скорость передачи означает, что захватывается больше информации, а аналоговая информация более точно преобразуется в цифровую информацию. Музыкальные дорожки более высокого качества могут иметь более высокую скорость передачи данных, но дорожки займут гораздо больше места на вашем компьютере и займут больше времени для загрузки.

Как правило, музыка преобразуется в цифровом виде для компакт-дисков и дорожек MP3 с частотой дискретизации 44,1 кГц (около 44 000 раз в секунду). Почему такой высокий показатель? По техническим причинам, которые я не буду здесь вдаваться, частота дискретизации должна быть примерно в два раза выше самой высокой частоты звука в вашей волне, а поскольку человеческий слух ограничен примерно 20 кГц, это говорит о том, что нам нужна частота дискретизации не менее 40 кГц , Типичная скорость передачи для дорожек MP3 составляет около 128 кбит / с (128 000 двоичных цифр или бит в секунду), хотя дорожки более высокого качества имеют скорость передачи данных от 128 кбит / с до 256 кбит / с (до 256 000 бит в секунду).

Аналоговые и цифровые измерительные приборы. Общие представления

Согласно ГОСТ IEC600500-300—2015 (п. 311-03-04) электрический измерительный прибор (electric measuring instrument) — это измерительный прибор, предназначенный для измерения электрических или неэлектрических величин с помощью электрических или электронных средств.

По установившейся в измерительной технике терминологии в практике измерений электронным измерительным прибором (ЗИП) принято называть СИ, состоящий из измерительного преобразователя и магнитоэлектрического измерительного прибора (если стрелочный), либо цифрового измерителя (если цифровой).

Все ЗИП делятся на аналоговые и цифровые. У аналоговых на выходе — стрелочный измерительный механизм, а у цифровых — аналогово-цифровой преобразователь и цифровой измеритель.

Преимущества цифровых ЗИП.

Для цифровых ЗИП можно выделить следующие шесть преимуществ перед аналоговыми:

• 1) универсальность: измерения U, I, Р, R,f, (р как для постоянного, так и для переменного тока;
• 2) автоматический выбор предела и полярности измерений;
• 3) автоматическая коррекция погрешности;
• 4) более высокая точность измерений;
• 5) удобство цифровой индикации;
• 6) цифропечатающая регистрация и ввод/вывод на ЭВМ.

Недостаток цифровых ЗИП всего один — понижение точности по мере повышения частоты при измерении на переменном токе.

Простейшая структурная схема ЗИП (рис. 4.1) включает входной узел ВУ, детектор Д, усилитель постоянного тока УПТ и измерительный механизм ИМ.

Рис. 4.1. Простейшая структурная схема ЭИП

Детектор — основной узел ЭИП, по виду которого классифицируются все цифровые вольтметры (ЦВ). Типовая схема детектора одного из ЦВ показана на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Типовая электрическая схема детектора одного из ЦВ

Основные свойства и применение электронных измерительных приборов

Приборы амплитудных значений (так называемые пиковые ЦВ) работают на принципе запоминания через диод амплитуды измеряемого сигнала, т. е. конденсатор заряжается до амплитуды и дает показания на выходе.

Приборы среднеквадратичных значений (их еще называют приборами действующих либо эффективных значений) реализуют на выходе формулу

за счет трех основных процессов: квадрирования, усреднения и извлечения квадратного корня.

Это и есть известная из ТОЭ формула среднеквадратического (действующего, эффективного) значения синусоидального тока (напряжения). На рис. 4.3 показан его график.

Важно запомнить

На среднеквадратическое (действующее, эффективное) напряжение реагируют все приборы электромагнитной системы (включая цифровые), а на средневыпрямленное — приборы, измеряющее однополярные напряжения на выходе всех выпрямителей переменного тока.

Рис. 4.3. График действующего напряжения (тока), измеряемого соответствующими приборами электромагнитной системы (включая цифровые)

Формула для средневыпрямленного тока (напряжения)

Его график представлен на рис. 4.4.

Рис. 4.4. График средневыпрямленного (среднего за полупериод) синусоидального тока (напряжения)

Такое напряжение однополярной формы характерно на выходе выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный (рис. 4.5).

Во всех цифровых измерительных приборах, включая ЦВ, применяются узлы так называемого время-импульсного преобразования (ВИП), работающие по принципу «напряжение — время» (преобразователи напряжение — время, ПНВ). Существует в основном два типа таких ПНВ: ПНВ-ШИМ и ПНВ-ЧИМ.

Рис. 4.5. Типичная форма напряжения (тока) на выходе двухполупериодного выпрямителя без фильтра сглаживания

Рисунок 4.6 иллюстрирует принципы формирования широтно-импульсной (ШИМ) и частотно-импульсной (ЧИМ) модуляций. В случае ШИМ длительность выходных импульсов пропорциональна амплитуде измеряемого сигнала при определенной частоте.

Рис. 4.6. ШИМ и ЧИМ

При ЧИМ1 формируются короткие импульсы с частотой, пропорциональной модулирующему параметру (например, той же амплитуде). Частота импульсов задается в диапазоне, например, от 100 Гц до 100 кГц. Хотя у приборов, использующих принцип ЧИМ1, высокая разрешающая способность, они из-за широкого спектра частот неэффективны для передачи информации по линиям связи или записи на магнитные носители.

Приборы, функционирующие на основе принципа ЧИМ2, узко-полосны, так как при этом формируется центральная частота с заданным отклонением (девиацией). Каждый принцип применяется в соответствии со своим назначением.

Способ формирования ПНВ-ШИМ. Цифровые узлы ВИП ПИВШИМ формируют прямоугольные импульсы, у которых частота постоянная (f= const), а в ее пределах меняется ширина (скважность) импульсов.

Входное воздействие (например, измеряемое напряжение постоянного тока и_изм в ЦВ) подается на двухпороговый компаратор (триггер Шмитта ТШ). ТШ откликается (срабатывает) при равенстве величин напряжений треугольных импульсов от генератора (ГТИ) и измеряемых напряжений 1/_изм (рис. 4.7). В зависимости от величины 17_изм меняется скважность (ширина) сформированных импульсов.

Рис. 4.7. Структурная схема ПНВ-ШИМ и график ее работы

На выходе фильтра нижних частот (ФНЧ) (рис. 4.8) выделяется среднее значение выходных импульсов для их дальнейшей обработки в преобразователе «напряжение — частота» (ПНЧ) — для отображения на выходном индикаторе цифрового значения измеряемой входной величины.

Рис. 4.8. Величина среднего напряжения 1/_ср на выходе ФНЧ

Способ формирования ПНВ-ЧИМ. В отличие от ПНВ-ШИМ, в ПНВ-ЧИМ меняется наклон «треугольника» под воздействием измеряемого напряжения 1У_ИЗМ, так что частота/меняется пропорционально этому и_изм (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Графики в ПНВ-ЧИМ: измеряемое напряжение меняет наклон треугольных импульсов ГТИ 1

На рис. 4.10 показан еще один график режима НИМ при двухполярном напряжении ГТИ (малом его нарастании и длительном спа-

1 Тихонов А. И. Информационно-измерительная техника и электроника : учеб, пособие по курсу лекций. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008.

де импульсов ГТИ) и инвертирующем ТШ, при этом частота ТШ при длительности импульса С₂ меньше частоты

Рис. 4.10. График режима ЧИМ при двухполярном напряжении ГТИ: измеряемое напряжение больше нуля, среднее значение ТШ большое, частота малая

В чем отличие аналоговых измерительных приборов от цифровых

Видео: ЧТО ТАКОЕ АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ [Уроки Ардуино #10]

Аналоговый и цифровой мультиметр

Мультиметр или мультитестер — это измерительный прибор, используемый в электронике, который предназначен для выполнения задач нескольких измерительных приборов. Измерения напряжения, тока и сопротивления могут быть выполнены с использованием различных опций, доступных в общем мультиметре; поэтому его еще называют ВОМ (вольт-омметр). В более дорогих и продвинутых моделях также можно измерить емкость и индуктивность, и их можно использовать для обнаружения контактов полупроводниковых элементов, таких как транзисторы и диоды.

Подробнее об аналоговом мультиметре

Аналоговый мультиметр — это более старый тип из двух мультиметров, и на самом деле это амперметр. Его работа основана на подпружиненном механизме с подвижной катушкой, расположенном внутри магнита. Когда через катушку протекает ток, взаимодействие между индуцированным магнитным полем в катушке и неподвижным магнитом создает силу для перемещения катушки. Игла, подключенная к катушке, движется пропорционально создаваемой силе, причем сила пропорциональна току, протекающему через катушку. Подвижная стрелка указывает на числа, отмеченные на циферблате, указывающие количество тока, проходящего через катушку.

Для измерения напряжения и сопротивления внутренняя цепь присоединяется к дополнительным цепям, так что ток через катушку представляет собой напряжение или сопротивление. Эта дополнительная схема также дает мультиметру возможность работать в различных диапазонах значений. Например, с помощью мультиметра можно измерить 20 мВ и 200 В, но шкала должна быть установлена ​​соответственно.

Выход (дисплей) аналогового мультиметра — это непрерывный выход в реальном времени, где теоретически стрелка показывает значение в этот момент. Поэтому некоторые профессионалы по-прежнему предпочитают аналоговые мультиметры из-за их отклика в реальном времени, что важно при измерении цепей конденсаторов или катушек индуктивности. Недостатками аналоговых измерителей являются ошибка параллакса, которую они вызывают в показаниях, и задержка реакции из-за инерции стрелки и механизма. Эта инерция становится выгодной, когда при измерении присутствует шум; то есть стрелка не будет двигаться при небольших изменениях при измерении напряжения или тока.

На аналоговые мультиметры должно подаваться напряжение для измерения сопротивления; обычно используется батарея AAA. В зависимости от выходного напряжения батареи в данный момент (которое со временем уменьшается, а не всегда на 1,5 В), шкалу сопротивления необходимо вручную установить на ноль.

Подробнее о цифровом мультиметре (DMM)

Цифровой мультиметр, который является более новым типом из двух мультиметров, работает полностью в электронном виде, и в измерениях не используются никакие механические компоненты. Вся работа устройства основана на электронных компонентах.

В отличие от аналогового мультиметра, цифровой мультиметр использует напряжение для определения входного сигнала. Все другие измерения, такие как ток и сопротивление, производятся от напряжения на измерительных выводах.

Цифровые мультиметры получают несколько отсчетов сигнала в течение короткого периода времени и усредняют сигналы для повышения точности. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя внутри мультиметра, который является наиболее важным компонентом схемы мультиметра. Для дальнейшего повышения точности в большинстве моделей цифрового мультиметра на этапе аналого-цифрового преобразования используется метод, называемый регистром последовательного приближения (SAR).

Цифровые мультиметры отображают числовое значение на выходе, которое имеет более высокую точность, чем аналоговые мультиметры. Кроме того, усовершенствованные цифровые мультиметры предлагают функции автоматического выбора диапазона, поэтому пользователю не нужно выбирать диапазон измерения вручную. Кроме того, это тоже функция безопасности. Поскольку внутри нет движущихся частей, цифровые мультиметры не подвержены ударам, например ударам о твердую поверхность.

В чем разница между аналоговым и цифровым мультиметром?

• Аналоговые мультиметры выдают выходной сигнал в виде значения на шкале напротив указателя, в то время как выходной сигнал цифрового мультиметра отображается в числовой форме на ЖК-дисплее.

• Аналоговые мультиметры дают непрерывный выходной сигнал и несут большую погрешность измерения (около 3%), в то время как измерения цифрового мультиметра имеют гораздо меньшую погрешность (около 0,5% или меньше). Цифровые мультиметры более точны, чем аналоговые.

• Цифровые мультиметры имеют больший диапазон измерений, чем аналоговые.

• Цифровые мультиметры предлагают дополнительные функции, такие как измерение емкости, температуры, частоты, уровня звука и обнаружение контактов полупроводникового устройства (транзистор / диод).

• Аналоговые мультиметры необходимо калибровать вручную, в то время как большинство цифровых мультиметров калибруются автоматически перед каждым измерением.

• Аналоговые мультиметры необходимо настраивать на определенный диапазон измерений вручную, в то время как некоторые цифровые мультиметры должны иметь функцию автоматического выбора диапазона.

• Аналоговые мультиметры требуют практики, чтобы проводить качественные измерения, в то время как цифровые мультиметры могут использоваться даже неподготовленным человеком.