Elementele aparatelor de masurat numerice

Elementele aparatelor de masurat numerice

Desii sunt de o mare diversitate, aparatele de masurat digitale sunt alcatuite dintr-o serie de circuite functionale comune, conectate intre ele de regula conform schemei bloc din Fig.6.2.

Fig.6.2. Schema bloc, de principiu, a aparatelor de masurat numerice

Circuitul de intrare prelucreaza marimea de masurat pentru a obtine o marime convenabila la intrarea CAN. Acest circuit poate fi un amplificator, daca marimea de masurat este prea mica, un atenuator, cand marimea de masurat este prea mare, un redresor, cand marimea de masurat este alternativa, e.t.c.

CAN transforma marimea de masurat analogica in marime digitala. Procesul de conversie analog - numerica implica operatia numita cuantizare. In procesul de cuantizare, CAN utilizeaza un numar finit de valori diferite pentru reprezentarea acestor semnale cu variatie continua. Numarul de valori diferite este determinat de numarul de biti al CAN. Numarul de biti utilizati pentru reprezentarea semnalului analogic determina rezolutia CAN.

Numaratorul este blocul care realizeaza functia de numarare a impulsurilor de la iesirea convertorului in sistem de numeratie binar sau binar-zecimal. El este format dintr-un lant de celule elementare de numarare (circuite bistabile). Sistemul de numeratie binar este folosit in aparatele de masurat numerice deoarece necesita numai doua simboluri distincte (0 si 1) care pot fi usor redate cu circuitele electronice. Desi acest sistem de numeratie binar este foarte potrivit pentru prelucrarea semnalelor, afisarea rezultatelor in acest sistem ar fi foarte greu interpretat de oameni, care sunt obisnuiti sa gandeasca si sa lucreze in sistemul de numeratie zecimal. Ca urmare, in aparatele de masurat digitale este utilizat codul binar-zecimal sau BCD (Binary Coded-Decimal). In codul BCD numerele se reprezinta in succesiunea din sistemul zecimal, dar fiecare cifra a numarului din baza 10 se exprima prin patru cifre binare, al caror ansamblu se numeste tetrada. De obicei, ponderile fiecarei cifre binare din tetrada, de la stanga la dreapta, corespund puterilor 2³, 2², 2¹, 2⁰, adica 8-4-2-1. Acest cod este denumit codul binar - zecimal natural (NBCD) sau codul 8421. De exemplu, numarul zecimal 5831 va fi in codul NBCD:

0101 1000 0011 0001

5 8 3 1

Decodorul transforma rezultatul masurarii din sistemul binar in sistemul zecimal. Cel mai raspandit este decodorul din NBCD in zecimal. Pentru transformarea unui numar din sistemul binar-zecimal in sistemul zecimal, este necesar ca pentru fiecare tetrada sa existe un decodor, care sa primeasca semnalele de la cele 4 celule binare ale unei tetrade si sa aiba 10 iesiri corespunzatoare celor 10 cifre ale sistemului zecimal. Se observa din Fig.6.3.a ca fiecare circuit logic SI corespunde unei anumite cifre zecimale. Cele patru intrari ale fiecarui circuit SI sunt conectate la cele patru celule binare conform tabelului de adevar din Tabelul 6.1, astfel incat, pentru fiecare numar binar de la intrare, numai circuitul SI corespunzator acelui numar sa primeasca semnal pe toate intrarile sale (1), dand astfel semnal la iesire, in timp ce toate celelalte circuite SI vor avea cel putin o intrare fara semnal (0) si ca urmare semnalul la iesirea lor va fi zero.

Fig.6.3. Decodor din NBCD in zecimal

Tabelul 6.1

Dispozitive de afisare sunt acele dispozitive ce permit reprezentarea sub forma numerica a rezultatului masurarii. Cele mai utilizate dispozitive de afisare ce intra in constructia aparatelor numerice, sunt, in ordine cronologica:

a.dispozitivele de afisare cu tuburi NIXIE;

b.                               dispozitivele de afisare cu diode electroluminescente (LED);

c.dispozitivele de afisare cu cristale lichide.

a. Dispozitive de afisare cu tuburi NIXIE

Tuburile NIXIE sunt tuburi cu cu gaz, care au 10 catozi si un anod. Catozi sunt confectionati din sarma subtire din crom-nichel si au forma cifrelor de la 0 la 9. Cand tensiunea dintre anod si unul dintre catozi este egala cu tensiunea de aprindere, gazul din jurul catodului respectiv se ionizeaza si se amorseaza o descarcare luminescenta a carei culoare depinde de natura gazului (rosie pentru tuburile cu neon). Schema de comanda a unui tub NIXIE este prezentata in Fig.6.4.

Fig.6.4. Schema de comanda a unui tub NIXIE

Fiecare catod al tubului este conectat in colectorul unuia dintre tranzistoare, iar bazele tranzistoarelor sunt conectate la cele 10 iesiri ale unui decodor binar-zecimal. Cand un tranzistor conduce la saturatie, colectorul sau se afla aproximativ la potential zero, iar tensiunea dintre catodul conectat in colectorul sau si anod este E_a. Aceasta tensiune este mai mica decat tensiunea de aprindere si descarcarea nu se amorseaza.

Pentru afisarea unei cifre zecimale, tranzistorul legat la iesirea corespunzatoare decodorului primeste un semnal pozitiv pe baza sa si se blocheaza. In acest caz, colectorul tranzistorului respectiv se afla la potentialul -E_c. Ca urmare, intre catodul legat in colectorul tranzistorului blocat si anod apare o tensiune:

E=E_a+E_c (6.1)

suficienta ca descarcare in gaz sa se amorseze.

Dezavantajul tuburilor NIXIE este ca necesita o tensiune de aprindere mare (aprox. 170V) fiind din ce in ce mai putin utilizate.

b. Dispozitive de afisare cu diode electroluminescente

LED-urile sunt diode semiconductoare care au proprietatea de a emite lumina cand sunt in stare de conductie. Pentru a indica cele 10 cifre zecimale se folosesc grupuri de diode care se selecteaza cu ajutorul unor circuite logice (codificatoare) pentru a forma cifra dorita. De regula, se folosesc grupuri de 7 diode astfel asezate , incat atunci cand sunt toate aprinse sa afiseze cifra 8. Pentru afisarea altor cifre, o parte din diode raman blocate. Fata de tuburile NIXIE, aceste dispozitive functioneaza cu tensiuni foarte mici, de ordinul voltilor.

c.Dispozitive de afisare cu cristale lichide

Cristalele lichide sunt substante aflate intr-o stare intermediara intre solid si lichid. Ele curg, dar in acelasi timp moleculele lor sunt orientate intr-o anumita ordine, ceea ce da substantei respective proprietatea de cristal. Ordinea moleculara a cristalelor lichide poate fi influentata de campurile electrice sau magnetice, sub actiunea carora substantele respective isi schimba transparenta sau culoarea. Dispozitivele de afisare cu cristale lichide sunt realizate de obicei pe principiul segmentelor luminoase, cel mai utilizat fiind indicatorul cu 7 segmente. Un astfel de dispozitiv este format din doua placi de sticla, cu rol de suporti, pe care se depun electrozi peliculari transparenti. Intre placi se introduce un strat subtire (6.25mm) de cristal lichid. Placa suport frontala are electrozii sub forma a 7 segmente cu terminale individuale amplasate la marginea placii. Placa suport posterioara are un singur electrod al carui contur corespunde cu figura formata de cele 7 segmente. Cand se aplica o tensiune intre electrodul posterior si toti cei 7 electrozi superiori se afiseaza cifra 8. Pentru afisarea altei cifre, unii dintre electrozii frontali nu primesc tensiuni.

Fig.6.5. Dispozitiv de afisare cu cristale lichide

Dispozitivele de afisare cu cristale lichide necesita tensiuni mici si au un consum de energie foarte redus, motiv pentru care au cea mai larga raspandire.