开关量模拟量概述
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隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,依據(jù)摩爾定律,微處理器在性能上得到了翻倍的提升,而成本以及體積則成倍的縮小,使得微處理器能夠集成進(jìn)儀器儀表中,人們習(xí)慣將內(nèi)含微型計(jì)算機(jī)及帶有GPIB通信接口的儀器儀表稱之為智能儀表。而智能儀表一般都是通過(guò)輸入輸出模擬量信號(hào)以及開(kāi)關(guān)量信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中各種數(shù)據(jù)采集以及對(duì)于各種設(shè)備的控制。其中工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的模擬量信號(hào)包括有壓力,液位,溫濕度,流量,化學(xué)成分,振動(dòng)量以及偏移量等各種物理量以及化學(xué)量數(shù)據(jù),而開(kāi)關(guān)量信號(hào)在廣義上來(lái)講,只要可以用兩種狀態(tài)來(lái)表示的量都可以稱之為開(kāi)關(guān)量,即表征為“開(kāi)”與“關(guān)”兩種狀態(tài)或者“是”與“非”的兩種狀態(tài),其中包括有設(shè)備的啟停,開(kāi)關(guān)的閉合,觸點(diǎn)的開(kāi)斷以及安全與否等各種狀態(tài)。
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,開(kāi)關(guān)量模擬量具有各種概念容易混淆,我們?cè)诖耸崂硪幌赂鞣N概念讓大家對(duì)于其有個(gè)比較清楚的認(rèn)識(shí)。
1.干接點(diǎn)(干節(jié)點(diǎn))與濕接點(diǎn)(濕節(jié)點(diǎn)):在很多文章里面經(jīng)常提到干接點(diǎn)(干節(jié)點(diǎn))以及濕結(jié)點(diǎn)(濕節(jié)點(diǎn))的概念。開(kāi)關(guān)量信號(hào)按照電源劃分為有源開(kāi)關(guān)(直接提供高低電平)和無(wú)源開(kāi)關(guān)(提供感應(yīng)器件或物理觸點(diǎn))。干接點(diǎn)(干節(jié)點(diǎn))只是無(wú)源開(kāi)關(guān)的俗稱,無(wú)源開(kāi)關(guān)指的是具有閉合與斷開(kāi)的兩個(gè)狀態(tài),兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有極性,可以互換。常見(jiàn)的干接點(diǎn)信號(hào)有:各種開(kāi)關(guān),按鍵,傳感器輸出以及繼電器,干簧管輸出等。相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有極性,不能互換,具有有電和無(wú)電的兩個(gè)狀態(tài),稱之為有源開(kāi)關(guān),大家相對(duì)應(yīng)的稱呼為濕接點(diǎn)(濕節(jié)點(diǎn))。干接點(diǎn)接上電源就可以稱之為濕結(jié)點(diǎn)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用中,干接點(diǎn)的使用要大大多于濕接點(diǎn)的使用,干接點(diǎn)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):無(wú)極性問(wèn)題,可以隨便接入。接入容易,接口容易統(tǒng)一。連接干接點(diǎn)的導(dǎo)線即使長(zhǎng)時(shí)間短路也不會(huì)影響設(shè)備。處理干接點(diǎn)開(kāi)關(guān)量數(shù)量多。
2.模擬量信號(hào)以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器):數(shù)模轉(zhuǎn)換器是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。模擬量指的是在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的量,即可以在定義域內(nèi)取任意值。而數(shù)字量在時(shí)間上和數(shù)值上離散的,不管精確度的取值多少,其在定義域內(nèi)都是有限的,其不能像模擬量一樣取任意值。而由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別“0”與“1”兩個(gè)數(shù)值,計(jì)算機(jī)只能識(shí)別數(shù)字信號(hào),計(jì)算機(jī)需要讀取模擬信號(hào)的數(shù)值,就需要將模擬信號(hào)數(shù)字化,即采用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)讀取。
3.模擬量信號(hào)的精度與分辨率:模擬量信號(hào)里面精度與分辨率兩個(gè)概念容易混淆,精度與分辨率都是用于表示模擬量信號(hào)的精確程度,兩者之間相互關(guān)聯(lián)但是又有所區(qū)別,用比較通俗的解釋就是分辨率是該設(shè)備的模擬量信號(hào)在理論上能夠達(dá)到的最小值,而精度則是模擬量信號(hào)在實(shí)際應(yīng)用中能夠達(dá)到的最小值,一般分辨率是用多少位來(lái)表示,精度是用百分比來(lái)表示。
我們知道模擬量信號(hào)經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字化之后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),而數(shù)字信號(hào)則由一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)的“0”“1”構(gòu)成,在規(guī)定的量程范圍內(nèi),二進(jìn)制數(shù)據(jù)越長(zhǎng)所表達(dá)的數(shù)值就越精確,分辨率采用的表達(dá)方式是多少位,比如16位,12位,16位就是由16個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)表達(dá),即有16個(gè)“0”“1”組成,即其可以將該量程劃分為2的16次方等份,也就是說(shuō)其最小值可以達(dá)到滿量程的2的16次方分之一。同樣的道理,12位的最小值是可以達(dá)到滿量程的2的12次方分之一。由于模擬量信號(hào)用數(shù)字表達(dá)其最小表達(dá)數(shù)值由分辨率決定(如果不考慮實(shí)用性的話,分辨率可以達(dá)到無(wú)限小,比如100位即2的100次方分之一,但是如果模擬量信號(hào)精度達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),超高的分辨率沒(méi)有意義。)。
而精度則是受多種因素影響,比如分辨率以及外部環(huán)境影響(比如溫度,外部電磁干擾,導(dǎo)線的電阻),上文所述,分辨率是理論上的最小值(更小的值,數(shù)字信號(hào)根本就不能表達(dá),即限定小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù),你就不可能表達(dá)0.001的數(shù)值出來(lái)),而精度則是實(shí)際應(yīng)用中的最小值,精度一般指的是模擬信號(hào)在多次測(cè)量中能夠達(dá)到的精確程度(比如同樣的電流,如果精確到1毫安的話,多次測(cè)量肯定都是12毫安,但是如果精確的0.1毫安的話,本次測(cè)量給出的數(shù)值是12.2毫安,下次給出的數(shù)值是12.3毫安,那該設(shè)備的測(cè)量精度就只能是1毫安,而不是0.1毫安)。
總結(jié)
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