APARATE DIGITALE

APARATE DIGITALE

Dezvoltarea tehnicilor numerice de calcul si a dispozitivelor de automatizare ce lucreaza cu marimi discrete a dus la dezvoltarea puternica a tehnicii de masurare numerica. Aparatele de masurat digitale au atins in prezent performante deosebit de inalte si sunt in continua dezvoltare.

1. Principiul de functionare

Principiul de functionare a aparatelor de masurat digitale consta in trasformarea marimii de masurat, cu variatie continua in semnale digitale, care dupa o prelucrare specifica, permit afisarea rezultatului masurarii sub forma numerica.

Trasformarea marimii continue (analogice) in semnale digitale se realizeaza prin discretizarea si codificarea marimii de masurat.

a. Discretizarea consta in transformarea variatiei continue a marimii de masurat in variatie in trepte, care reproduce, cu o anumita aproximatie, variatia continua. Aproximatia este cu atat mai buna cu cat treapa de variatie este mai mica, deci numarul de trepte este mai mare.

Discretizarea se poate face:

In timp (esantionarea) - masurarea se efectueaza la inteval de timp ∆t egale.

y

∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t t

In nivel (cuantificarea) - masurarea se efectueazala intervale de timp ∆y egale ale nivelului marimii de masurat.

Y

∆y

∆ y

∆y

t

Timpul dintre doua masurari succesive se numeste interval de esalonare.

Diferenta dintre doua trepte succesive reprezinta rezolutia aparatului. Intervalul de esantionare si treapta de nivel se aleg in functie de numarul de masurari pe secunda necesare si de eroarea maxima admisa. Diferenta dintre valoarea reala a marimii si valoarea masurata se numeste eroare de discretizare. Eroarea de discretizare este intotdeauna mai mica decat rezolutia aparatului.

b. Codificarea (codarea) reprezinta operatia prin care se atribuie o valoare numerica treptei corespunzatoare marimii masurate, valoare ce se exprima intr-un anumit sistem de numeratie.

Semnalul elementar digital se numeste bit. El are cele doua nivele notate conventional cu 0 si 1.

s

0 0 0 0 0

t

Semnale digitale

Rezolutia reprezinta cea mai mica variatie a marimii de masurat pe care o poate sesiza aparatul si este de fapt pragul de sensibilitate al aparatului.

In fiecare moment de masurare, marimea de masurat este aproximata cu valoarea celei mai apropiate trepte.

Marimea masurata nu poate lua orice valoare, ci numai anumite valori impuse prin operatia de discretizare.

2. Constructia. Schema bloc

Dezvoltarea tehnicilor digitale a fost deosebita in ultimile decenii. Aparitia procesului in anii '70, a calculatorului personal (PC) in anii '80, apoi a microprocesorului, a determinat extinderea domeniilor de utilizare a aparatelor digitale. Indiferent de modul de realizare a aparatelor digitale acestea au ca baza constructiva anumite blocuri functionale, in componenta carora intra numeroase elemente si circuite electronice.

Blocurile functionale sunt interconectate si alcatuiesc o schema bloc generala ca in figura urmatoare:

Marimea masurata

Circuitul de intrare prelucreaza marimea de masurat pentru a obtine o marime convenabila la intrarea convertorului. Acest bloc functional asigura o impedanta de intrare foarte mare care separa aparatul de masura de sursa marimii de masurat si poate fi:

un amplificator, cand marimea de masurat este prea mica;

un atenuator, cand marimea de masurat este prea mare;

un redresor, cand marimea de masurat este alternativa, iar la intrarea convertorului se cere o marime continua.

Covectorulanalogic - digital (CAD) constituie partea principala a unui aparat de masurat digital. Acest bloc functional efectueaza operatia de transformare a marimii analogice de masurat intr-o serie de impulsuri.

Numaratorul numara impulsurile de la iesirea CAD intr-un anumit sistem de numeratie (binar sau bizar-zecimal), realizand astfel operatia de codificare. El este format dintr-un lant de celule elementare de numarare care depind de sistemul de numeratie folosit.

a. transfomarea unui numar din 10 (de exemplu numarul zecimal 18) in numar in baza 2 (numar bizar).

numar zecimal 18 2 baza

18 9 2

rest 8 4 2

1 4 2 2

0 2

Sensul de citire

a numarului binar

)₂

b. transformarea unui numar din baza 2 in numar in baza 10

)₁₀

Decodorul transforma rezultatul masurarii din sistemul bizar sau binar-zecimal in sistem zecimal.

Dispozitivul de afisare indica rezultatul masurarii sub foma numerica. In prezent, pentru realizarea dispozitivelor de afisare se utilizeaza:

diode semiconductoare electroluminiscente (LED). Acestea au proprietatea de a emite lumina cand sunt in conductie. Se utilizeaza in aparate tranzistorizate, pentru ca functioneaza cu tensiuni mici de ordinul voltilor;

cristale lichide (LCD - fig. 3) care au proprietatea de a-si schimba trasparenta sau culoarea sub influenta campurilor electrice sau magnetice. Au cea mai larga raspandire.

Blocul de comanda asigura comanda automata a tuturor operatiilor.

Blocul de alimentare alimenteaza celelalte blocuri functionale.

LCD

3. Proprietatile aparatelor digitale

Aparatele de masurat digitale se caracterizeaza prin:

Afisarea directa este sub forma numerica a valorii marimii masurate.

Masurarea nu este continua, ci discreta, efectuandu-se la anumite intervale de timp.

Valoarea afisata nu urmareste variatia continua a marimii de masurat, ci variatia in trepte cu care marimea este aproximata. Drept urmare, rezultatul masurarii nu poate lua orice valoare. De exemplu: daca un aparat digital are ca indicatii succesive valorile 29,543 si 29,544, el nu va putea indica si alte valori ca 29,5431 sau 29,5436, care se gasesc in intervalul dintre cele doua trepte.

Aparatele de masurat digitale prezinta o serie de proprietati care au determinat utilizarea pe scara larga a acestora.

4. Avantajele aparatelor digitale

Dintre avantajele utilizarii aparatelor de masurat digitale se pot enumera:

eliminarea erorilor de citire: erori de scara, erori subiective introduse de operator, erori de calibrare sau de paralaxa;

exactitatea foarte buna. Cu cat numarul de cifre este mai mare cu atat exactitatea masurarii este mai buna;

sensibilitatea (rezolutia) foarte buna;

viteza mare de masurare (sute si mii de masurari pe secunda);

siguranta mare in functionare;

protectia la suprasarcina si la polaritate inversa;

posibilitatea de stocare a informatiei pe suport magnetic sau in memoria unui calculator

Conectare calculator

posibilitatea automatizarii procesului de masurare;

posibilitatea cuplarii cu calculatoare si alte dispozitive pentru realizarea sistemelor automate

posibilitatea transmiterii rezultatelor la distanta.

Pretul acestor aparate s-a diminuat o data cu dezvoltarea tehnicilor digitale.

5. Utilizari ale aparatelor digitale

Aparatele digitale se realizeaza pentru masurarea unei singure marimi (de exemplu, voltmetre, frecventmetre, ohmmetre, cronometre) sau pentru realizarea aparatelor de masurat cu mai multe functii: multimetrele.

Avand in vedere proprietatile acestora, aparatele de masurat digitale se folosesc pe scara larga pentru :

masurari de exactitate ridicata in laboratoare in orice domeniu: tehnic, medicina, meteorologie etc.;

masurari in procesele industriale automatizate;

masurari cu transmiterea rezultatelor la distanta;

masurari cu prelucrarea automata a datelor;

controlul si supravegherea centralizata in procesele industriale.