přednáška 11

Elektrická měření IEMRE-11

Číslicové měřicí přístroje, převodníky A/D a D/A

V následující kapitole budou posluchači seznámeni se základními principy, které se uplatňují v číslicových měřicích přístrojích. Pozornost je věnována A/D a D/A převodníků různých typů, rušivým vlivům a jejich potlačení.

Pro měření fyzikálních veličin se v současné době používají vesměs číslicové měřicí přístroje. Základní znak těchto zařízení tkví v tom, že zpracovávají nikoliv spojitý průběh měřeného signálu, nýbrž pouze jeho vzorky. Číslicový ústřední člen přístroje v souladu s vloženým programovým vybavením umožňuje navíc provádět operace, kterých analogové přístroje schopny nejsou.

Již v kapitole o měření integrálu elektrických veličin bylo uvedeno, co to jsou vzorky, vzorkovací perioda, kvantifikační krok, kvantifikační chyba. Na tomto místě definujeme další pojmy.

Hned v úvodu uveďme, že rozdělení číslicových měřicích přístrojů do tříd přesnosti (TP) se, na rozdíl od přístrojů analogových, nepoužívá.

U číslicových přístrojů odlišujeme chybu základní a chybu přídavnou.

Základní chyba charakterizuje měřicí přístroj, jsou-li uživatelem respektovány referenční podmínky, které stanoví výrobce.

Přídavná chyba vzniká, pokud je přístroj provozován v podmínkách, které se od referenčních liší (překročena teplota okolí, nedodržena vlhkost prostředí, …).

Každý číslicový měřicí přístroj má dvě části – analogovou a číslicovou.

Analogová část tvoří vesměs vstupní jednotku. Je tvořena vstupní sondou, převodníkem fyzikálních veličin na napětí, napěťovým děličem a vstupním zesilovačem (v případě nutnosti doplněným usměrňovačem). Funkcí těchto obvodů je získání stejnosměrného napěťového signálu (zesílením, usměrněním, vydělením), který

• je tvarově nezkreslený (svým průběhem kopíruje průběh měřené veličiny); má-li měřená veličina střídavý charakter a výstupní napětí převodníku fyzikální veličiny tedy mění svou polaritu, provede se usměrnění

• nabývá hodnot nepřekračujících vstupní rozsah následující části přístroje, kterou je A/D převodník

Číslicová část obsahuje A/D převodník, dekodér, zobrazovací jednotku a řídicí člen, který zajišťuje koordinaci všech částí zařízení. Blokové schéma jednoduchého číslicového multimetru pro měření napětí, proudů a odporů je na obr. 1.

Pro stanovení chyby přístroje užijeme úvahu obdobnou té, kterou jsme provedli v kapitole

o nepřímých měřeních. Signál prochází postupně analogovou i číslicovou částí měřicího přístroje. Protože jsou tyto díly zapojeny v sérii, celkový přenos odpovídá součinu přenosů dílčích částí. K celkové chybě tak obě tyto části přispívají určitým dílem. Jak bylo uvedeno v kapitole o nepřímých měřicích metodách, velikost výsledné chyby stanovit nelze, je pouze možné určit nejméně příznivý případ, tj. maximální možnou chybu. Platí: