3 Стандарты на аналоговые сигналы

Для аналоговых сигналов наиболее распространены стандартные диапазоны постоянного напряжения -10..+10В и 0..+10В и постоянного тока 0..20мА и 4..20мА.  Теоретически нет ограничений на эти сигналы.

 В цифровых системах аналоговый сигнал преобразуется в дигитальный. После вычисления управляющего воздействия в микропроцессоре PLC дигитальная величина преобразуется обратно в аналоговую.

 Входные сигналы от датчиков очень различны – от нескольких мВ (термопары) до сотен В (тахометры). Есть величины постоянного тока, переменного, и даже сопротивление.

Сигнал от сенсора преобразуется преобразователем в стандартный и подаётся на вход аналогового модуля.

 Аналоговые сигналы - низкого уровня и поэтому подвержены электрической интерференции или шуму. Сигнал, представленный электрическим током, меньше подвержен шумам, поэтому обычно используется токовая цепь. Ток может быть преобразован в напряжение на балластном резисторе 250 Ом.

Общий стандарт – аналоговый сигнал представлен как ток в пределах 4 – 20 мА, где 4 – низкий уровень сигнала и 20мА – высокий уровень сигнала.

Пример

Датчик давления даёт сигнал 4 – 20 мА, представляющий диапазон 0 – 10 бар. Рассчитать, какой ток соответствует измеряемому давлению 8 бар. Какое напряжение на балластном резисторе 250 Ом  соответствует этому измеряемому давлению? По формуле

находим ток  и затем напряжение по закону Ома.

 Смещение 4мА (offset) в качестве «0» имеет следующие цели:

а) Защита от  повреждения датчика или кабеля. Если датчик не работает или кабель поврежден, или к.з., то тока  через балластный резистор нет и напряжение на нём «0». Это может быть определено и использовано, напрмер, для выдачи тревоги «отказ датчика».

в) Смещение 4мА ещё просто инсталлировать. Предполагается, что датчик имеет локальный источник питания и питается токовым сигналом. Но проще и чаще применяется 2-х проводное соединение. Здесь источник питания (24 – 30В) вмонтирован локально в принимающий прибор. И линия сигнала служит и для для питания датчика, и для передачи тока. Датчик получает ток 4 – 20 мА от источника согласно измеряемому сигналу. Ток преобразуется в напряжение на резисторе. 4мА – это ток, необходимый датчику для сохранения работы. Датчик с 0 –20 мА не может работать так.

4 Преобразование аналоговых величин в дигитальные. Оцифровка выходов датчиков Дискретизация сигналов. Преобразование аналоговых и цифровых сигналов. Обработка измерительной информации

Прежде чем оцифровывать аналоговый сигнал, необходимо убедиться, что он содержит только частоты, непосредственно относящиеся к измерению, и что все посторонние или нежелательные частотные составляющие, например, высокочастотные шумы, исключены или подавлены. Для этой цели спользуются аналоговые фильтры.

Для извлечения из сигнала полезной информации после АЦ-преобразования используются цифровые фильтры. С помошью цифровой фильтрации можно уменьшить посторонние составляющие входного сигнала.

A/D преобразователь преобразовывает непрерывный аналоговый сигнал в последовательность  двоичных чисел.

Характеристики A/D:

• Разрешение. Чем больше бит, тем точнее преобразование и тем больше разрешение, потому что больше величин данного аналогового сигнала м.б. представлено.

• Время преобразования - время от микросек до миллисекунд

• Ошибка квантования -  изменение  величины аналогового сигнала в течение времени квантования (рис.1).

 Рис.1 Преобразование аналоговых сигналов