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傳感器選型專(zhuān)題一 工控系統對傳感器信號的要求
工業(yè)上稱(chēng)重傳感器的模擬量一般都是標準的0~10V、0~5V、0~20ma、4~20ma,模塊采集模擬量以后會(huì )對應一個(gè)數字量,比如0~10V對應0~65535,那就可以根據這個(gè)數字量的大小值來(lái)判斷外面這個(gè)模擬量的大小了,模擬量輸出正好反過(guò)來(lái),在PLC里面給出一個(gè)數字量,然后在模塊的端子上輸出一個(gè)模擬量。
我們傳感器本身是mV信號輸出,舉個(gè)例子,
假定某稱(chēng)重傳感器標定輸出靈敏度為2.0mV/V
(當傳感器受力為額定值時(shí),其輸出電壓與激勵電壓的比值)
激勵電壓為10V
輸入電阻為500Ω
輸出電阻為500Ω
量程為1000N
在使用過(guò)程中我們測得其輸出為10mV,此時(shí)計算其輸出電流應該是0.02mA
作為模擬量輸出來(lái)說(shuō),10mV電壓信號或0.02mA電流信號,并不能被我們的工控系統直接用來(lái)作為輸入信號來(lái)控制后端設備。
所以,我們在選用傳感器作為一個(gè)反饋控制部件時(shí),要考慮后期設備對輸入信號的要求,即——傳感器輸出是否要經(jīng)過(guò)信號調理電路,將信號放大或經(jīng)過(guò)壓頻轉換成為0~10V或0~5V、0~20ma或4~20ma,或其他頻率信號等能被工控系統讀取的模擬量。
放大器,或變送器能解決這一問(wèn)題。
模數轉換的過(guò)程
對于電腦及其他數據采集板卡或數顯儀表,要讀取從放大器輸出來(lái)的信號或是直接讀取傳感器輸出信號來(lái)顯示成數字量,那么必須要經(jīng)過(guò)的就是模數轉換模塊,還有電腦在控制繼電器或其他開(kāi)關(guān)量輸入的器件過(guò)程中數字信號要經(jīng)過(guò)解碼轉換成模擬信號,即一下兩個(gè)過(guò)程。
1. 數模轉換器
是將數字信號轉換為模擬信號的系統,一般用低通濾波即可以實(shí)現。數字信號先進(jìn)行解碼,即把數字碼轉換成與之對應的電平,形成階梯狀信號,然后進(jìn)行低通濾波。
根據信號與系統的理論,數字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積,那么由卷積定理,數字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜(即Sa函數)的乘積。這樣,用Sa函數的倒數作為頻譜特性補償,由數字信號便可恢復為采樣信號。由采樣定理,采樣信號的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來(lái)模擬信號的頻譜。
一般實(shí)現時(shí),不是直接依據這些原理,因為尖銳的采樣信號很難獲得,因此,這兩次濾波(Sa函數和理想低通)可以合并(級聯(lián)),并且由于這各系統的濾波特性是物理不可實(shí)現的,所以在真實(shí)的系統中只能近似完成。
2. 模數轉換器
是將模擬信號轉換成數字信號的系統,是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過(guò)程。
模擬信號經(jīng)帶限濾波,采樣保持電路,變?yōu)殡A梯形狀信號,然后通過(guò)編碼器, 使得階梯狀信號中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。