دستگاه های اندازه گیری دیجیتالی

ابزارهای دیجیتال در مقابل ابزارهای با قرائت دیجیتال

تمایز آشکار بین یک ابزار اندازه گیری دیجیتال با یک ابزار با قرائت دیجیتال باید مد نظر قرار بگیرد. ابزار دیجیتال ابزاری است که در آن مدار مورد نیاز برای اندازه گیری دارای طراحی دیجتال است.ابزار با قرائت دیجیتال ابزاری است که در آن مدار اندازه گیری دارای طراحی آنالوگ است و تنها وسیله ی نشانگر آن طراحی دیجیتال دارد . یک ابزار آنالوگ با قرائت دیجیتال معمولا دارای صحت بیشتر در مقایسه با همان ابزار آنالوگ نیست. اما نمایش دیجیتال بدون ابهام است و سریع تر خوانده می شود . از این لحاظ نمایش دیجیتال ممکن است مناسب تر باشد حتی اگرصحت بیشتری نداشته باشد.

مقایسه ی ابزارهای دیجیتال و آنالوگ

– خوانا بودن:

مهمترین عامل برتری ابزارهای دیجیتال بر مشابه آنالوگ آنها خوانا بودن نتیجه ی اندازه گیری به علت دیجیتال بودن قرائت آن است. وقتی یک ابزار آنالوگ مورد استفاده قرار گیرد کاربر باید مانند یک مبدل آنالوگ به دیجیتال عمل کند. همچنین او باید مقیاس آنالوگ را بدرستی بخواند. این فرایند مستعد خطا و وقت گیر است.

– صحت:

صحت مزیت اصلی دوم ابزارهای دیجیتال بر ابزارهای آنالوگ است. به طور کلی مالتی متر های دیجیتال با قیمت کم نسبت به مالتی مترهایی که دارای همان حدود قیمت می باشد ده برابر صحیح ترند .

بخش های مختلف دستگاه های اندازه گیری دیجیتال:

– مبدل های آنالوگ به دیجیتال

ابزار های دیجیتال و به ویژه مالتی متر های دیجیتال برای اندازه گیری پارامترهای آنلوگ مورد استفاده قرار میگیرند. بنابراین لازم است سیگنال آنالوگ با استفاده از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال به یک سیگنال دیجیتال معادل تبدیل گردد.

– مبدل های تک شیب

مفهوم اساسی مبدل های تک شیب آن است که تبدیلی خطی از ولتاژ مجهول به زمان ساخته شود. تبدیل به زمان به این دلیل انتخاب شده است که می توان از مدارهای شمارنده ی دیجیتال برای نمایش زمان به شکل دیجیتال استفاده کرد. بدست اوردن رابطه ای بین ولتاژ و زمان کاملا ساده و سرراست اما بدست آوردن یک رایطه ی خطی قدری پیچیده است. اگر یک منبع ولتاژ ثابت برای شارژ یک خازن از طریق یک مقاومت مورد استفاده قرارگیرد ولتاژ دو سر خازن با زمان افزایش یافته و به سمت تعداد مقادیر ولتاژ منبع میل می کند. مدت زمان لازم برای رسیدن ولتاژ دو سر خازن به هر مقدار ثابتی به مقدار ولتاژ منبع مقدار مقاومت و مقدار خازن بستگی دارد . اما بین ولتاژ خازن و زمان به جای رابطه ی خطی یک رابطه ی نمایی برقرار است. اگر منبع با ولتاژ ثابت با یک منبع جریان ثابت جایگزین گردد خازن با سرعتی که نسبت به زمان خطی است شارژ می گردد. مدار اندازه گیر با تقویت کننده عملیاتی برای بدست آوردن رابطه ای خطی بین ولتاژ – زمان رایج تر از روش یاد شده ی فوق می باشد. این نوع مدار در اغلب مبدل های انالوگ به دیجیتال مدرن برای بدست آوردن رابطه ی خطی ولتاز –زمان مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر مدار درست کار کند v باید یک ولتاژ dc کاملا تثبیت شده و منفی و v_x باید یک ولتاژ dc مثبت و نستا پایدار باشد.

ولتاژ مجهول به ترتیب زیر اندازه گیری می شود:

1. پروب های آزمون به ولتاژ مجهول v_x متصل می شوند. این کار یک ولتاژ مثبت را روی وروردی ناوارونگر تقویت کننده ی عملیاتی در مدار مقایسه گر می گذارد.
2. کنترل اصلی دروازه یک پالس مثبت تولید می کند که کلید S را روی لبه ی پایین رونده ی خود باز کرده و موجب می شود وروردی بالایی دروازه ی AND مثبت گردد.
3. وقتی کلید S باز می شود خازن مدار انتگرال گیر C از صفر و در جهت مثبت به طور خطی شارژ می شود. سیگنال صعودی خروجی از انتگرال گیر به وروودی وارونگر مقایسه گر اعمال می شود.
4. خروجی مقایسه گر به دلیل اتصال ولتاژ ولتاژ مجهول v_x  به ورودی ناوارونگر آن مثبت است. خروجی مثبت مقایسه گر باعث می شود وروردی وسطی دروازه ی AND  نیز به حالت high رود.
5. قطار پالس ساعت به ورودی سوم دروازه ی  AND اعمال شده است. چون دو وروردی دیگر دروازه ی AND  در حالت بالا است خروجی آن زنجیره ای از پالس های ساعت است که توسط شمارنده ی دودویی شمارش می شود.
6. وقتی خازن C اندکی بیشتر از v_xشارژ شد خروجی مقایسه گر ناگهان به مقدار صفر سوئیچ می کند. چون این صفر یکی از وروردی های دروازه ی AND  را حذف کرده است دروازه AND دیگر پالس های ساعت را عبور نمی دهد.
7. شماره ی ذخیره شده در شمارنده ی دودویی مستقیما متناسب با ولتاژ مجهول روی دستگاه دیجیتال نشان داده می شود.

پس از بازه ی زمانی کوتاهی که توسط کنترل اصلی دروازه مشخص می شود خروجی کنترل دروازه هم به صورت low می رود. لبه ی پایین رونده ی این پالس باعث میشود که کلید S  بسته شود و خازن دشارژ گردد. این کار دروازه را تا شروع سیکل بعدی از کار می اندازد.

شمارنده ی باینری

یک شمارنده ی باینری شمارش را در سیستم اعداد دودویی انجام میدهد. در سیستم باینری تنها دو نماد ۰و۱ برای شمارش مورد استفاده قرار می گیرند. این دو نماد برای شمارش اعداد بزرگ‌تر از  ۱ به صورت ترکیبی به کار گرفته می شوند. در سیستم آشنای دهدهی یا مبنای ۱۰ ارقامی که نسبت به ممیز بیش تر در سمت چپ قرار دارند وزن بزرگتری خواهند داشت. ما این ستون‌ها را ((یکان-دهگان-صدگان)) و مانند آن مینامیم. سیستم اعداد باینری یا مبنای دو نیز شبیه آن است. وزن های ستون‌هایی که سمت چپ قراردارندعبارت اند از  و و ….

وقتی که اعداد دودویی جلو می روند نماد ستون اول سمت چپ ممیز در هر  بار شمارش یک بار عوض می شود. چون  مساوی یک است ستون اول مرتبا بین صفر و یک عوض می شود. رقم ستون دوم در هر  شمارش یک بار عوض می شود. بنابر این الگوی شمارش در ستون دوم الگوی تعویض دو تا 0 و دو تا 1 به طور متوالی است.نماد ستون سوم در هر چهار بار شمارش یک بار عوض می شود در ستون چهارم در هر هشت بار شمارش و به همین ترتیب ادامه می یابد.

شمارنده های دو دویی از مدار هایی موسوم به مولتی ویبراتورها که به صورت متوالی به یک دیگر متصل می شوند ساخته شده اند. مولتی ویبراتورها تقویت کننده هایی با بازخور مثبت می باشند که فقط در دو حالت یا روشن در اشباع و یا کاملا خاموش کار می کنند.گر چه سه نوع مولتی ویبراتور وجود دارد اما مولتی ویبراتور  بی استابل با فلیب فلاپ در این بحث مورد نظر ماست .این مدار دو حالت پایدار داشته و تا راه اندازی نشود در یکی از این حالت باقی می ماند عملکرد مدار به این صورت باعث شده است که مدار برای شمارش در سیستم باینری به صورت ایده آل مطلوب و کار آمد باشد چند فلاب را می توان به صورت زنجیره ای به یکدیگر متصل کرد تا امکان شمارش تعداد زیادی پالس فراهم آید.

نشانگری مانند یک لامپ را می توان به خروجی هر فلیپ فلاپ متصل کرد . هرگاه ولتاژی در خروجی وجود داشته باشد لامپ روشن می شود و وجود پالس ذخیره شده در آن فلیپ فلاپ  را نشان می دهد.

وقتی که یک قطار پالس به شمارنده اعمال می گردد فلیپ فلاپ 1 به ازای هرپالس تغییر حالت می دهد فلیپ فلاپ 2 به ازای هر پالس دوم تغییر حالت میدهد فلیپ فلاپ 3 به ازای هر پالس چهارم  و الی آخر این تصاعد مساوی  می شود که n  شماره ی فلیپ فلاپ است. بنابر این مشاهده می شود که فلیپ فلاپ 6 روی هر 32 پالس تغیر حالت می دهد.

نمایش دهنده

پالس شمارش شده که یه صورت دودویی است به کد BCD  تبدیل می شود وبا استفاده از IC 7448or744  در نمایشگر سون سگمنت به نمایش در می اید.

خلاصه ای از کارکرد یک دستگاه اندازه گیری دیجیتال