Analog ve Dijital Sinyaller

Analog ve Dijital Sinyal ; Enstrümantasyon, fiziksel süreçlerin ölçülmesi ve kontrolüne odaklanan bir çalışma ve çalışma alanıdır. Bu fiziksel süreçler arasında basınç, sıcaklık, akış hızı ve kimyasal tutarlılık bulunur. Enstrüman, her türlü fiziksel süreci ölçen ve / veya kontrol eden bir cihazdır. Elektriksel voltaj ve akım miktarlarının ölçülmesi, kullanılması ve uzun mesafelerde iletilmesi kolay olduğundan, bu tür fiziksel değişkenleri temsil etmek ve bilgiyi uzak konumlara iletmek için yaygın olarak kullanılırlar.

Bir sinyal , bilgiyi ileten her türlü fiziksel niceliktir. Sesli konuşma, bir kişinin düşüncelerini (bilgilerini) sesin fiziksel ortamı aracılığıyla diğerine ilettiği için kesinlikle bir tür sinyaldir. El hareketleri de ışık aracılığıyla bilgi aktaran sinyallerdir.

Bu metin, İngilizce eğitimli zihniniz tarafından elektrik devreleri hakkında bilgi olarak yorumlanan başka bir tür sinyaldir. Bu bölümde, kelime sinyali , öncelikle başka bir fiziksel miktarı temsil etmek veya belirtmek için kullanılan elektriksel voltaj veya akım miktarına atıfta bulunulacaktır .


Analog ve Dijital

Bir analog sinyali (adlandırılan aralığı boyunca adımların sınırlı sayıda olan karşıt olarak, sürekli değişken sinyalinin bir tür dijital ). Analog ve dijitale iyi bilinen bir örnek, saatlerinkidir: analog, dairesel bir ölçek etrafında yavaşça dönen işaretçiler içeren tiptir ve dijital, ondalık sayı ekranlı tiptir veya sorunsuz yerine titreyen bir “ikinci el” dir. döner.

Analog saatin, “ibreleri” yumuşak, duraksamadan hareket ettiği için zamanı ne kadar ince gösterebileceği konusunda fiziksel bir sınırı yoktur. Öte yandan dijital saat, ekranının izin verdiğinden daha küçük bir zaman birimi aktaramaz. 1 saniyelik aralıklarla sarsılan “saniye ibreli” saatin türü, minimum bir saniye çözünürlüğe sahip dijital bir cihazdır .

Hem analog hem de dijital sinyaller modern elektronikte uygulama bulur ve bu iki temel bilgi biçimi arasındaki farklar, bu kitabın ilerleyen kısımlarında çok daha ayrıntılı olarak ele alınacak bir konudur. Şimdilik, bu tartışmanın kapsamını analog sinyallerle sınırlayacağım, çünkü bunları kullanan sistemler daha basit tasarıma sahip olma eğilimindedir.

Birçok fiziksel büyüklükte, özellikle elektriksel olarak, analog değişkenliğin elde edilmesi kolaydır. Bu tür bir fiziksel nicelik bir sinyal ortamı olarak kullanılırsa, neredeyse sınırsız çözünürlükle bilgi varyasyonlarını temsil edebilecektir.


Endüstriyel Enstrümantasyon Sistemi

Endüstriyel enstrümantasyonun ilk günlerinde, ölçüm cihazlarından uzaktaki gösterge ve kontrol cihazlarına bilgi aktarmak için bir sinyal aracı olarak basınçlı hava kullanıldı. Hava basıncı miktarı, ölçülen değişkenin büyüklüğüne karşılık geldi. Yaklaşık 20 pound / inç karede (PSI) temiz, kuru hava, bir hava kompresöründen boru sistemi vasıtasıyla ölçüm cihazına sağlandı ve daha sonra, karşılık gelen bir çıkış sinyali üretmek için ölçülen miktara göre bu cihaz tarafından düzenlendi.

Örneğin, bir depolama tankındaki suyun yüksekliğini (“proses değişkeni”) ölçmek için ayarlanmış bir pnömatik (hava sinyali) seviye “verici” cihazı, tank boşken düşük bir hava basıncı, tank boşken orta bir basınç verir. kısmen doluydu ve tank tamamen dolduğunda yüksek bir basınç vardı.

“Su seviyesi göstergesi” (LI), pnömatik sinyal hattındaki hava basıncını ölçen bir basınç göstergesinden başka bir şey değildir. Bir sinyal olan bu hava basıncı, sırayla, tanktaki su seviyesinin bir temsilidir. Tanktaki herhangi bir seviye değişikliği, pnömatik sinyalin basıncındaki uygun bir varyasyonla temsil edilebilir.

Hava basıncı cihazlarının mekaniğinin dayattığı bazı pratik sınırların yanı sıra, bu pnömatik sinyal sonsuz derecede değişkendir, su seviyesindeki herhangi bir değişiklik derecesini temsil edebilir ve bu nedenle kelimenin gerçek anlamıyla analogdur .

Göründüğü kadarıyla bu tür bir pnömatik sinyalizasyon sistemi, dünyadaki birçok endüstriyel ölçüm ve kontrol sisteminin omurgasını oluşturdu ve basitliği, güvenliği ve güvenilirliği nedeniyle bugün hala kullanım görüyor. Hava basıncı sinyalleri, ucuz tüpler aracılığıyla kolayca iletilir, kolayca ölçülür (mekanik basınç göstergeleri ile) ve körükler, diyaframlar, valfler ve diğer pnömatik cihazlar kullanılarak mekanik cihazlar tarafından kolayca manipüle edilebilir. Hava basıncı sinyalleri yalnızca fiziksel süreçleri ölçmek için değil , aynı zamanda onları kontrol etmek için de yararlıdır .

Yeterince büyük bir piston veya diyafram ile, bir valfi veya başka bir kontrol cihazını hareket ettirmek için kullanılabilen büyük bir mekanik kuvvet oluşturmak için küçük bir hava basıncı sinyali kullanılabilir. Sinyal ortamı olarak hava basıncı kullanılarak tam otomatik kontrol sistemleri yapılmıştır. Basit, güvenilir ve anlaşılması nispeten kolaydır. Bununla birlikte, hava basıncı sinyali doğruluğu için pratik sınırlar, özellikle basınçlı hava temiz ve kuru olmadığında ve boru sızıntısı olasılığı mevcut olduğunda, bazı durumlarda çok sınırlayıcı olabilir.

Katı hal elektronik amplifikatörlerin ve diğer teknolojik gelişmelerin ortaya çıkmasıyla, elektriksel voltaj ve akım miktarları, analog enstrüman sinyalleme ortamı olarak kullanım için pratik hale geldi. Bir su depolama tankının doluluğu hakkındaki bilgileri iletmek için pnömatik basınç sinyalleri kullanmak yerine, elektrik sinyalleri aynı bilgiyi ince teller üzerinden (boru yerine) iletebilir ve çalışması için hava kompresörleri gibi bu tür pahalı ekipmanların desteğini gerektirmez.

Analog elektronik sinyaller, günümüzde (Ocak 2001) enstrümantasyon dünyasında kullanılan temel sinyal türleridir, ancak birçok uygulamada yerini dijital iletişim modlarına bırakmaktadır (bu konuda daha sonra daha fazla bilgi). Teknolojideki değişikliklere rağmen, temel ilkeleri tam olarak anlamak her zaman iyidir, bu nedenle aşağıdaki bilgiler hiçbir zaman gerçekten eski olmayacaktır.


Canlı Sıfır

Birçok analog enstrümantasyon sinyaller sisteminde uygulanan önemli bir kavram, bir sinyali ölçeklendirmenin standart bir yolu olan “canlı sıfır” kavramıdır, böylece yüzde 0’lık bir gösterge “ölü” bir sistemin durumundan ayırt edilebilir. Pnömatik sinyal sistemini bir örnek olarak ele alalım: Verici ve gösterge için sinyal basınç aralığı 0 ila 12 PSI olacak şekilde tasarlandıysa, 0 PSI proses ölçümünün yüzde 0’ını ve 12 PSI yüzde 100’ü temsil ediyorsa, alınan sinyal yüzde 0 olabilir. yüzde 0 ölçümünün meşru bir okuması olabilir veya bu, sistemin arızalı olduğu anlamına gelebilir (hava kompresörü durdu, boru arızası, transmiter arızalı, vb.). 0 PSI ile temsil edilen yüzde 0 noktasıyla, birini diğerinden ayırt etmenin kolay bir yolu olmayacaktır.

Bununla birlikte, cihazları (verici ve gösterge), yüzde 0’ı temsil eden 3 PSI ve yüzde 100’ü temsil eden 15 PSI ile 3 ila 15 PSI arasında bir ölçek kullanacak şekilde ölçeklendirecek olsaydık, her türlü arıza, sıfır hava basıncıyla sonuçlanır. göstergesi, açıkça hatalı bir değer olan yüzde -25’lik (0 PSI) bir okuma üretecektir. Göstergeye bakan kişi daha sonra bir şeylerin yanlış olduğunu hemen anlayabilecektir.

Tüm sinyal standartları canlı sıfır taban hatları ile oluşturulmamıştır, ancak daha sağlam sinyal standartları (3-15 PSI, 4-20 mA) vardır ve bunun iyi bir nedeni vardır.

Özetle;

  • Bir sinyal , bilgiyi iletmek için kullanılan her türlü tespit edilebilir niceliktir.
  • Bir analog sinyal, herhangi bir küçük değişiklik miktarını temsil etmek için sürekli veya sonsuz olarak değiştirilebilen bir sinyaldir.
  • Pnömatik veya hava basıncı, sinyaller bir zamanlar endüstriyel enstrümantasyon sinyal sistemlerinde yaygındı. Bunların yerini büyük ölçüde voltaj ve akım gibi analog elektrik sinyalleri almıştır.
  • Bir canlı sıfır herhangi bir sistem arızası doğal olarak elde edilen, böylece gerçek dünya ölçüm 0 oranında temsil etmek için sıfır olmayan bir miktarı kullanılarak bir analog sinyal ölçeği anlamına gelir hemen fark edilir sıfır sinyal basınç, gerilim ya da akım durumu “dinlenme” .

Bu makale buradan çevrilmiştir.