Definicja instrumentów cyfrowych
Instrument cyfrowy to urządzenie, które wyświetla wartość mierzonej wielkości w formie cyfr. Działa na zasadzie kwantyzacji – procesu konwersji ciągłego sygnału wejściowego na zliczalny sygnał wyjściowy.
Instrumenty cyfrowe mają stosunkowo skomplikowaną strukturę i są ogólnie droższe. Jednak zużywają znacznie mniej energii w porównaniu do instrumentów analogowych. Przykładami są cyfrowe multimetry, cyfrowe woltomierze i cyfrowe liczniki częstotliwości.
Kluczowe cechy instrumentów cyfrowych
Instrumenty cyfrowe mają następujące ważne cechy:
Wysoka dokładność pomiarów.
Czujne komponenty, które łatwo wpływają na temperaturę otoczenia i wilgotność.
Wysokie impedancje wejściowe, co powoduje minimalne pobieranie mocy.
Niska przenośność.
Wyższa cena.
Brak błędów paralaksy: W przeciwieństwie do instrumentów analogowych, które używają wskazówki do wskazywania wartości mierzonych (co prowadzi do potencjalnych błędów paralaksy), instrumenty cyfrowe wyświetlają wyniki bezpośrednio na ekranie, zmniejszając takie błędy.
Konstrukcja instrumentów cyfrowych
Struktura instrumentu cyfrowego jest przedstawiona na poniższym rysunku.
Kluczowe komponenty instrumentów cyfrowych
Instrumenty cyfrowe składają się z trzech kluczowych komponentów: przetworników, modyfikatorów sygnałów i urządzeń wyświetlających.
Przetwornik: Konwertuje nieelektryczne lub fizyczne wielkości (np. temperaturę, przemieszczenie) na mierzalne wielkości elektryczne (takie jak napięcie lub prąd). Należy zauważyć, że przetworniki są zbędne, gdy sygnał wejściowy jest już elektryczny.
Modyfikator sygnału: Wzmaga słabe sygnały wejściowe, aby zapewnić ich efektywną obróbkę.
Urządzenie wyświetlające: Prezentuje mierzoną wielkość w formie numerycznej. Najczęściej do tego celu używane są diody elektroluminescencyjne (LED) lub wyświetlacze kryształów ciekłych (LCD).
Zalety instrumentów cyfrowych
Odczyty są wyświetlane numerycznie, co minimalizuje błędy ludzkie.
Sygnały cyfrowe mogą być bezpośrednio podawane do urządzeń magazynujących (np. dyskietki), rejestratorów lub drukarek.
Niska konsumpcja energii w porównaniu z instrumentami analogowymi.
Wady instrumentów cyfrowych
Ograniczona pojemność przeciążenia.
Czułość na temperaturę: Delikatne komponenty wewnętrzne łatwo wpływają na warunki atmosferyczne (np. wilgotność, kurz).
Większa podatność na zakłócenia niż instrumenty analogowe.
Pomimo tych wad, instrumenty cyfrowe są szeroko stosowane w aplikacjach pomiarowych.
