أجهزة القياس الرقمية: مزايا وعيوب ، مبدأ التشغيل
يعد القياس الرقمي أحد أكثر الطرق ثورية لقياس الكميات الفيزيائية المختلفة عبر تاريخ البشرية. يمكننا القول بشكل عام ، منذ ظهور التكنولوجيا الرقمية ، أن أهمية هذا النوع من الأجهزة قد حددت إلى حد كبير مستقبل وجودنا بالكامل.
جميع أجهزة القياس مقسمة إلى أنالوج ورقمي.
تتميز العدادات الرقمية بسرعة استجابة عالية ودرجة عالية من الدقة. يتم استخدامها لقياس مجموعة واسعة من الكميات الكهربائية وغير الكهربائية.
على عكس الأجهزة التناظرية الرقمية ، فإنها لا تخزن البيانات المقاسة ولا تتوافق مع أجهزة المعالجات الرقمية الدقيقة. لهذا السبب ، من الضروري تسجيل كل قياس يتم إجراؤه باستخدامه ، والذي يمكن أن يكون مملاً ويستغرق وقتًا طويلاً.
العيب الرئيسي للعدادات الرقمية هو أنها تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي أو شحن بطارية بعد وقت معين.كما أن دقة وسرعة وكفاءة الأجهزة الرقمية تجعلها أغلى من الأجهزة التناظرية.
أجهزة القياس الرقمية - الأجهزة التي تتم فيها مقارنة القيمة التناظرية للمدخلات المقاسة X تلقائيًا بشكل تجريبي مع القيم المنفصلة للقيمة المعروفة (العينة) N ويتم إعطاء نتائج القياس في شكل رقمي (كيف تختلف الإشارات التناظرية والمنفصلة والرقمية؟).
مخطط كتلة الفولتميتر الرقمي
عند إجراء عمليات المقارنة في أدوات القياس الرقمية ، يتم تحديد مستوى ووقت قيم الكميات المقاسة المستمرة. يتم تشكيل نتيجة القياس (المكافئ العددي للقيمة المقاسة) بعد إجراء عمليات الترميز الرقمي ويتم تقديمها في رمز محدد (رقم عشري للعرض أو ثنائي لمزيد من المعالجة).
مقياس الضوء الرقمي
يتم إجراء عمليات المقارنة في أجهزة القياس الرقمية بواسطة أجهزة مقارنة خاصة. عادة ، يتم الحصول على النتيجة النهائية للقياس في مثل هذه الأجهزة بعد التخزين ومعالجة معينة لنتائج عمليات منفصلة لمقارنة القيمة التناظرية X بقيم منفصلة مختلفة لقيمة العينة N (مقارنة الكسور المعروفة لـ X مع N بنفس القيمة يمكن القيام به).
يتم تقديم المكافئ العددي لـ X إلى جهاز القياس عن طريق أجهزة الإخراج في شكل مناسب للإدراك (العرض الرقمي) ، وإذا لزم الأمر ، في شكل مناسب للإدخال في جهاز كمبيوتر إلكتروني (كمبيوتر) أو في نظام تحكم آلي (أجهزة التحكم الرقمية ، أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، المرحلات الذكية ، محولات التردد).في الحالة الثانية ، غالبًا ما تسمى الأجهزة بأجهزة الاستشعار الرقمية.
مقياس النونومتر الرقمي
بشكل عام ، تحتوي أجهزة القياس الرقمية على محولات تناظرية إلى رقمية ، ووحدة لتوليد قيمة مرجعية N أو مجموعة من القيم المحددة مسبقًا لـ N والمقارنات والأجهزة المنطقية وأجهزة الإخراج.
يجب أن تحتوي أجهزة القياس الرقمية التلقائية على جهاز يتحكم في تشغيل وحداتها الوظيفية ، بالإضافة إلى الكتل الوظيفية الضرورية ، قد يحتوي الجهاز على محولات إضافية للقيم المستمرة X إلى قيم مستمرة وسيطة ، على سبيل المثال.
تُستخدم هذه المحولات في أدوات القياس حيث يمكن قياس الوسيط X بسهولة أكبر من الأصل. غالبًا ما يتم اللجوء إلى تحويل X إلى كميات كهربائية عند قياس كميات غير كهربائية مختلفة ، وغالبًا ما يتم تمثيل الكميات الكهربائية بفواصل زمنية مكافئة ، وما إلى ذلك.
أنظر أيضا:
كيف يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى شكل رقمي باستخدام مثال مقياس حرارة رقمي
المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) هي الأجهزة التي تقبل الإشارات التناظرية للإدخال ، وبالتالي إشاراتها الرقمية الناتجة ، وهي مناسبة للعمل مع أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الرقمية الأخرى ، أي عادةً يتم تحويل الإشارة المادية أولاً إلى تناظرية (على غرار الإشارة الأصلية) ثم يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى رقمية.
تستخدم العدادات الرقمية مجموعة متنوعة من طرق القياس التلقائية ودوائر القياس. يحدد n منفصل خصوصية طرق المقارنة في المقام الأول.
يمكن مقارنة X و N من خلال طرق الموازنة والمطابقة. في الطريقة الأولى ، يتم التحكم في التغيير في قيم N حتى يتم ضمان المساواة (مع خطأ التمييز) لقيم X في N أو التأثيرات التي تنتجها. وفقًا للطريقة الثانية ، تتم مقارنة جميع قيم N في وقت واحد مع X ، ويتم تحديد قيمة X بالقيمة التي تطابقها (مع خطأ في التمييز) n.
في طريقة المطابقة ، عادة ما يتم استخدام العديد من المقارنات في وقت واحد ، أو X لديه القدرة على العمل على جهاز شائع يقرأ القيمة N التي تطابقها.
يتم التمييز بين طرق التتبع والمسح وطرق موازنة البت ، بالإضافة إلى طرق مطابقة التتبع أو القراءة ، أو العد الدوري ، أو العد الدوري لنتائج المقارنة.
جهاز رقمي متعدد
كانت أول أدوات القياس الرقمية في التاريخ أنظمة التشفير المكاني.
في هذه الأجهزة (المستشعرات) ، وفقًا لمخطط القياس ، يتم تحويل القيمة المقاسة بمساعدة محول تناظري إلى حركة خطية أو زاوية دوران.
بالإضافة إلى ذلك ، في المحول التناظري إلى الرقمي ، يتم ترميز زاوية الإزاحة أو الدوران الناتجة باستخدام قناع رمز خاص ، يتم تطبيقه على أقراص الكود الخاصة ، والطبول ، والمساطر ، واللوحات ، وأنابيب أشعة الكاثود ، إلخ.
تنشئ الأقنعة رموزًا (0 أو 1) للرمز N في شكل مناطق موصلة وغير موصلة وشفافة ومعتمة ومغناطيسية وغير مغناطيسية ، إلخ. من هذه المناطق ، يقوم القراء الخاصون بإزالة الكود الذي تم إدخاله.
تعتمد الطريقة الأكثر شيوعًا لإزالة أخطاء الغموض على استخدام رموز دورية خاصة ، حيث تختلف الأرقام المجاورة في بت واحد فقط ، أي. لا يمكن أن يتجاوز خطأ القراءة خطوة التكميم. يتم تحقيق ذلك بسبب حقيقة أنه عندما يتم تغيير كل رقم برقم واحد في الكود الدوري ، يتم تغيير حرف واحد فقط (على سبيل المثال ، يتم استخدام الرمز الرمادي).
جهاز تشفير رقمي
اعتمادًا على تنفيذ المشفر ، يمكن تقسيم محولات طاقة الترميز المكاني إلى محولات طاقة ملامسة ، ومغناطيسية ، وحثية ، وسعوية ، وكهروضوئية (انظر - كيف تعمل أجهزة التشفير وتعمل).
أمثلة على العدادات الرقمية: