工业模拟测量与控制技术详解：02 工业模拟信号体系

第二章 工业模拟信号体系——从电压表达，到电流传输，再到工业标准化本章目标上一章我们建立了一个最基础的认知：工业系统面对的是连续变化的物理世界，而控制系统需要通过电信号感知这个世界。一个新的问题随之出现：如何选择一种可靠的电信号，把几十米、几百米甚至上千米之外的物理量准确送入控制系统？例如：现场压力变送器距离 DCS 控制柜有 300 米电缆。传输什么信号最合适？可以选择电压、电流、电阻、频率，甚至直接使用数字通信。工业历史发展过程中，逐渐形成了不同的信号体系。其中最重要的包括：信号类型代表形式电压信号0–10 V、1–5 V、±10 V电流信号4–20 mA电阻信号PT100 / PT1000热电势信号热电偶 mV数字通信HART、Modbus、CAN、EtherCAT这些信号并不是简单的技术选择，而是工业现场环境、可靠性、成本与维护需求共同演化的结果。2.1 电压信号模型2.1.1 电压信号的基本思想电压信号的核心思想非常简单：用电压大小表示被测物理量。例如温度测量：实际温度： 0 ℃ ---------------- 100 ℃ 对应电压： 0 V ---------------- 10 V比例关系为：[U = \frac{T}{100} \times 10,\text{V}]温度输出电压0 ℃0 V50 ℃5 V100 ℃10 V控制系统测量输入电压为 5 V，即可得知温度为 50 ℃。这种方式直观、简单，早期工业控制大量采用电压信号。