Интегратор в приложениях измерения и управления — это элемент, выходной сигнал которого является интегралом по времени его входного сигнала. Он накапливает входное количество в течение определенного времени для получения репрезентативного результата.
Интеграция является важной частью многих инженерных и научных приложений. Механические интеграторы являются самым старым типом и до сих пор используются для измерения расхода воды или электроэнергии. Электронные аналоговые интеграторы составляют основу аналоговых компьютеров и усилителей заряда. Интеграция также может выполняться с помощью алгоритмов цифровых компьютеров.
Электронный интегратор представляет собой разновидность фильтра нижних частот первого порядка , который может быть выполнен в непрерывной (аналоговой) области или аппроксимирован (моделирован) в дискретной (цифровой) области . Интегратор будет иметь эффект фильтрации нижних частот, но при задании смещения он будет накапливать значение, наращивая его до тех пор, пока оно не достигнет предела системы или не переполнится.
Интегратор тока — это электронное устройство, выполняющее интегрирование электрического тока по времени и измеряющее таким образом общий электрический заряд . Соотношение ток-напряжение конденсатора делает его очень простым интегратором тока:
На этом отношении основаны более сложные схемы интегратора тока, такие как усилитель заряда . Интегратор тока также используется для измерения электрического заряда чашки Фарадея в анализаторе остаточных газов для измерения парциального давления газов в вакууме. Другое применение интегрирования тока - это осаждение ионным лучом , где измеренный заряд напрямую соответствует количеству ионов, осажденных на подложку, при условии, что зарядовое состояние ионов известно . Два токоведущих электрических провода должны быть подключены к источнику ионов и подложке, замыкая электрическую цепь , которая частично создается ионным пучком.
Интегратор напряжения — это электронное устройство, выполняющее интегрирование по времени электрического напряжения, таким образом измеряя общее произведение вольт-секунда. Простая схема резистор - конденсатор действует как интегратор на высоких частотах выше частоты среза .
Идеальный интегратор операционного усилителя (например, рисунок 1) — это интегратор напряжения, который работает на всех частотах (ограниченных произведением коэффициента усиления операционного усилителя на полосу пропускания ) и обеспечивает усиление.
Таким образом, идеальный интегратор необходимо модифицировать с помощью дополнительных компонентов, чтобы на практике уменьшить влияние напряжения ошибки. Этот модифицированный интегратор называется практическим интегратором.
Основное описание: Интегратор операционных усилителей § Практическая схема.
Коэффициент усиления интегратора на низкой частоте можно ограничить, чтобы избежать проблемы насыщения, шунтируя конденсатор обратной связи резистором обратной связи. Этот практичный интегратор действует как фильтр нижних частот с постоянным усилением в полосе пропускания низких частот. Он выполняет интегрирование только на высоких частотах, а не на низких частотах, поэтому полоса пропускания для интегрирования ограничена.
Механические интеграторы были ключевыми элементами механического дифференциального анализатора , используемого для решения практических физических задач. Механизмы механической интеграции также использовались в системах управления, таких как регулирование потоков или температуры в промышленных процессах. Такие механизмы, как шаро-дисковый интегратор, использовались как для вычислений в дифференциальных анализаторах, так и в качестве компонентов таких инструментов, как наводки морских орудий , счетчики расхода и другие. Планиметр — это механическое устройство, используемое для вычисления определенного интеграла кривой, представленной в графической форме, или, в более общем плане, для определения площади замкнутой кривой . Интеграл используется для построения неопределенного интеграла функции, представленной в графической форме .
