Dispositivi di misura digitali: vantaggi e svantaggi, principio di funzionamento
La misurazione digitale è uno dei modi più rivoluzionari per misurare varie grandezze fisiche nel corso della storia dell'umanità. Possiamo dire che in generale, dall'avvento della tecnologia digitale, l'importanza di questo tipo di dispositivi ha determinato in gran parte il futuro della nostra intera esistenza.
Tutti i dispositivi di misurazione sono divisi in analogico e digitale.
I misuratori digitali hanno un'elevata velocità di risposta e un'elevata classe di precisione. Sono utilizzati per misurare un'ampia gamma di grandezze elettriche e non elettriche.
A differenza dei dispositivi digitali analogici, non memorizzano i dati misurati e non sono compatibili con i dispositivi digitali a microprocessore. Per questo motivo è necessario registrare ogni misurazione effettuata con esso, il che può essere noioso e dispendioso in termini di tempo.
Il principale svantaggio dei contatori digitali è che necessitano di una fonte di alimentazione esterna o di una ricarica della batteria dopo un certo tempo.Inoltre, la precisione, la velocità e l'efficienza dei dispositivi digitali li rendono più costosi dei dispositivi analogici.
Dispositivi di misurazione digitali: dispositivi in cui il valore analogico di ingresso misurato X viene automaticamente confrontato empiricamente con valori discreti del valore noto (campione) N e i risultati della misurazione sono forniti in forma digitale (In che modo i segnali analogici, discreti e digitali sono diversi?).
Schema a blocchi di un voltmetro digitale
Quando si eseguono operazioni comparative in strumenti di misura digitali, il livello e il tempo dei valori delle quantità misurate continue vengono quantizzati. Il risultato della misurazione (equivalente numerico del valore misurato) viene formato dopo aver eseguito operazioni di codifica digitale e viene presentato in un codice selezionato (decimale per la visualizzazione o binario per l'ulteriore elaborazione).
Esposimetro digitale
Le operazioni di confronto nei dispositivi di misurazione digitali vengono eseguite da speciali dispositivi di confronto. Di solito, il risultato finale della misurazione in tali dispositivi si ottiene dopo la memorizzazione e l'elaborazione certa dei risultati di operazioni separate per confrontare il valore analogico X con diversi valori discreti del valore campione N (confronto di frazioni note di X con N dello stesso valore può anche essere fatto).
L'equivalente numerico di X viene presentato al dispositivo di misurazione mediante dispositivi di output in una forma conveniente per la percezione (display digitale) e, se necessario, in una forma conveniente per l'immissione in un computer elettronico (computer) o in un sistema di controllo automatico (controllori digitali, controllori logici programmabili, relè intelligenti, convertitori di frequenza).Nel secondo caso, i dispositivi sono spesso chiamati sensori digitali.
Nonometro digitale
In generale, i dispositivi di misurazione digitale contengono convertitori analogico-digitale, un'unità per generare un valore di riferimento N o un insieme di valori predefiniti di N, comparatori, dispositivi logici e dispositivi di uscita.
I dispositivi di misurazione digitali automatici devono disporre di un dispositivo che controlli il funzionamento delle loro unità funzionali Oltre ai blocchi funzionali necessari, il dispositivo può contenere ulteriori convertitori, ad esempio, di valori continui X a valori continui intermedi.
Tali convertitori sono utilizzati negli strumenti di misura in cui l'intermedio X può essere misurato più facilmente rispetto all'originale. Si ricorre spesso alla conversione di X in grandezze elettriche quando si misurano varie grandezze non elettriche, a loro volta quelle elettriche sono spesso rappresentate da intervalli di tempo equivalenti, e così via.
Guarda anche:
Convertitori da analogico a digitale (ADC) sono dispositivi che accettano segnali analogici in ingresso e, di conseguenza, i loro segnali digitali in uscita, adatti per lavorare con computer e altri dispositivi digitali, ad es. di solito il segnale fisico viene prima convertito in analogico (simile al segnale originale) e quindi il segnale analogico viene convertito in digitale.
I misuratori digitali utilizzano una varietà di metodi di misurazione automatici e circuiti di misurazione. Una n separata determina principalmente la specificità dei metodi di confronto.
X e N possono essere confrontati con metodi di bilanciamento e corrispondenza. Nel primo metodo si controlla la variazione dei valori di N fino a garantire l'uguaglianza (con errore di discretezza) dei valori di X in N o gli effetti da essi prodotti. Secondo il secondo metodo, tutti i valori di N vengono confrontati simultaneamente con X e il valore di X è determinato dal valore che lo corrisponde (con errore di discretezza) n.
Nel metodo di corrispondenza, di solito vengono utilizzati più comparatori contemporaneamente, oppure X ha la capacità di agire su un dispositivo comune che legge il valore N che lo corrisponde.
Viene fatta una distinzione tra metodi trace, sweep e bilanciamento bit per bit, nonché metodi count trace o read trace matching, conteggio periodico o conteggio periodico dei risultati del confronto.
Multimetro digitale
I primi strumenti di misura digitali della storia sono stati i sistemi di codifica spaziale.
In questi dispositivi (sensori), secondo lo schema di misurazione, il valore misurato viene convertito con l'ausilio di un convertitore analogico in un movimento lineare o in un angolo di rotazione.
Inoltre, nel convertitore analogico-digitale, lo spostamento o l'angolo di rotazione risultante viene codificato utilizzando una maschera di codice speciale, che viene applicata a dischi di codice speciali, tamburi, righelli, lastre, tubi a raggi catodici, ecc.
Le maschere creano simboli (0 o 1) del codice numerico N sotto forma di regioni conduttive e non conduttive, trasparenti e opache, magnetiche e non magnetiche, ecc. Da queste aree, appositi lettori rimuovono il codice inserito.
Il metodo più comune per rimuovere gli errori di ambiguità si basa sull'uso di speciali codici ciclici, in cui i numeri adiacenti differiscono di un solo bit, ad es. l'errore di lettura non può superare il passo di quantizzazione. Ciò si ottiene grazie al fatto che quando ogni numero viene modificato di uno nel codice ciclico, viene modificato solo un carattere (ad esempio, viene utilizzato il codice Gray).
Encoder digitale
A seconda dell'implementazione dell'encoder, i trasduttori di codifica spaziale possono essere suddivisi in trasduttori a contatto, magnetici, induttivi, capacitivi e fotoelettrici (vedere — Come funzionano e funzionano gli encoder).
Esempi di contatori digitali: