数字式仪表,即数字型(Electronic)仪表,是在传统的机电式仪表的基础上,采用计算机技术,将测量元件的模拟信号经采样和模数转换后,通过计算和处理,以数字形式表示出来。数字式仪表具有可靠性高、抗干扰能力强、体积小、精度高等优点,它已广泛应用在电力、电子、仪器仪表、机械制造及航空、航天等领域。
数字式仪表的基本结构包括信号输入、采样、A/D转换、数字信号处理、显示等部分。它的测量原理是利用传感器将被测量物理量转换成信号,进而将信号输入数字电路中,完成采样和A/D转换,通过数字信号处理得到相应的测量结果,并在显示屏上显示出来。
数字式仪表的关键技术是A/D转换技术。为了提高数字式仪表的精度和速度,目前采用的是高速、高分辨率的A/D芯片。同时,数字式仪表的设计要考虑信号处理尽可能地“数字化”,减少模拟处理环节,避免误差和干扰。
相比传统机电式仪表,数字式仪表具有以下几个优点:
1、高精度:精度高可达0.01%甚至更好。
2、抗干扰能力强:由于信号处理全部采用数字技术,抗干扰能力比模拟传递信号方式的机械仪表更强。
3、重量小、体积小:数字式仪表直接采用芯片集成技术,极大地降低了仪表的零部件数量,从而减小了体积。
4、功能强大:数字式仪表可以具有多种功能,如多点测量、自校准、数据处理、远程通讯等功能,以满足各种特殊应用的需要。
在数字化仪表设计时,需要注意以下几个问题:
1、采样频率和选择时间:采样频率与被测信号带宽要匹配,选择时间要合适。
2、A/D转换精度:数字仪表A/D转换精度高低很大程度上影响仪表操作的可靠性和准确性。
3、信号处理精度:信号处理中,计算方法、滤波算法、舍入误差、位数等因素都会影响测量结果的准确性。
4、抗干扰能力:数字仪表对外部干扰和本地回路干扰等方面的抗干扰能力是评价数字仪表质量的一个重要因素。
5、可靠性:数字化仪表的工作环境往往比较恶劣,在设计时需要考虑电源波动、温度、湿度等因素,保证仪表稳定可靠地工作。