0.3.1 模拟信号

1.模拟信号的种类

许多来自现场的检测信号都是模拟信号，如液位、压力、温度、位置、PH值、电压、电流等，通常都是将现场待检测的物理量通过传感器转换为电压或电流信号；许多执行装置所需的控制信号也是模拟量，如调节阀、电动机、电力电子的功率器件等的控制信号。

模拟信号是指随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值。

模拟信号有两种类型：一种是由各种传感器获得的低电平信号；另一种是由仪器、变送器输出的4～20mA的电流信号或1～5V的电压信号。这些模拟信号经过采样和A/D转换输入计算机后，常常要进行数据正确性判断、标度变换、线性化等处理。

模拟信号非常便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中信号的幅值或相位发生畸变。因此，有时还要对模拟信号做零漂修正、数字滤波等处理。

模拟输出信号可以直接控制过程设备，而过程又可以对模拟信号进行反馈。闭环PID控制系统采取的就是这种形式。模拟输出还可以用来产生波形，这种情况下D/A变换器就成了一个函数发生器。

模拟信号的常用规格有如下两种。

（1）1～5V电压信号。此信号规格有时称为DDZ-Ⅲ型仪表电压信号规格。1～5V电压信号规格通常用于计算机控制系统的过程通道。工程量的量程下限值对应的电压为1V，工程量上限值对应的电压为5V，整个工程量的变化范围与4V的电压变化范围相对应。过程通道也可输出1～5V电压信号，用于控制执行机构。

（2）4～20mA电流信号。此信号通常用于过程通道和变送器之间的传输信号。工程量或变送器的量程下限值对应的电流为4mA，量程上限值对应的电流为20mA，整个工程量的变化范围与16mA的电流变化范围相对应。过程通道也可输出4～20mA电流信号，用于控制执行机构。

有的传感器的输出是毫伏级的电压信号，如K分度热电偶在l000℃时输出信号为41.296mV。这些信号要经过变送器转换成标准信号（4～20mA）再送给过程通道。热电阻传感器的输出信号是电阻值，一般要经过变送器转换为标准信号（4～20mA），再送到过程通道。

2.测控系统中模拟信号的处理

1）低电平模拟信号的采集

由各种传感器获得的低电平信号，进入计算机之前需要进行放大、标度变换、线性化等信号调整工作，如图0-3所示。然后由各种数据采集模块采集到计算机中，根据工程量与电压量的比例关系编写程序得到工程量值。

2）标准模拟电信号的采集

在工业控制领域用得最多的是由仪器、变送器输出的4～20mA标准电流信号或1～5V标准电压信号。

假设利用热电阻Pt100检测温度量，将传感器接到温度变送器上，将温度信号转换为1～5V电压信号（如果是4～20mA电流信号，可经250Ω电阻将电流信号转换为1～5V电压信号），温度变送器的测量范围是0～200℃，如图0-4所示。

由上可知：0℃对应1V，200℃对应5V，温度与电压成线性比例关系。假设 x 表示温度，y表示电压，则电压y与温度x之间的数学关系式为：

y=1+0.02x

将电压送入计算机后，可以通过编程获得电压值y，只需再增加一条语句即可将电压转换为温度x，使用下面算法：

x=(y−1)×50

这样，程序画面中就可显示温度值x。