Świetnie wychwycony temat! Przedstawiony na rysunku przebieg napięcia jest klasycznym przykładem sygnału o określonym współczynniku wypełnienia (ang. duty cycle). Współczynnik wypełnienia określa, jaką część jednego pełnego cyklu sygnału prostokątnego stanowi czas, w którym sygnał utrzymuje wartość wysoką (najczęściej logiczne 1). Na rysunku mamy cykl, który trwa 800 ms, z czego przez 500 ms sygnał jest na wysokim poziomie, a przez 300 ms jest na niskim. No i właśnie – współczynnik wypełnienia obliczamy jako czas 'w stanie wysokim' podzielony przez cały okres, czyli 500 ms / 800 ms, co daje 62,5%. Takie sygnały są często wykorzystywane w sterowaniu silnikami, regulacji jasności diod LED czy w układach PWM stosowanych w elektronice samochodowej. Osobiście uważam, że zrozumienie duty cycle to podstawa pracy z nowoczesnymi sterownikami, bo bardzo często zamiast wartości analogowych przetwarzamy sygnały w postaci przebiegów o zmiennym wypełnieniu. W praktyce to właśnie współczynnik wypełnienia pozwala sterować mocą dostarczaną do odbiorników czy czasem trwania określonych operacji, na przykład wtryskiwaczy paliwa. Warto pamiętać, że dobrze dobrany duty cycle pozwala zoptymalizować pracę wielu urządzeń i zredukować zużycie energii, co jest standardem w nowoczesnych aplikacjach przemysłowych i automotive. Z mojego doświadczenia – umiejętność interpretacji takich przebiegów jest bardzo ceniona w branży.
Wielu uczniów myli przebiegi sygnałów prostokątnych z sygnałami generowanymi przez różnego typu czujniki czy przetworniki, co jest dość częstym problemem w nauce automatyki i elektroniki samochodowej. Przepływomierz masowy, czyli tzw. MAF sensor, generuje zazwyczaj sygnał napięciowy analogowy, rzadziej cyfrowy, ale jego charakterystyka przebiegu jest raczej płynna i odzwierciedla zmiany ilości powietrza, nie zaś regularne impulsy o określonym czasie trwania. Przepływomierz objętościowy, stosowany głównie w pomiarach cieczy, może wykorzystywać impulsy, ale najczęściej są one związane z przesuwającymi się elementami wewnątrz czujnika (np. turbinka), a sygnał odzwierciedla ilość przepływających jednostek objętości. Jednak te impulsy zwykle nie są tak regularne i nie mają stałego współczynnika wypełnienia, tylko częstość zależy od przepływu. MAP-sensor, szczególnie wersja częstotliwościowa, generuje sygnał cyfrowy, ale tam najistotniejsza jest częstotliwość zmian, a nie proporcja czasu trwania stanu wysokiego do całego okresu. Kluczowy błąd myślowy polega tutaj na skupieniu się na typie sygnału (np. impulsowy, prostokątny), zamiast na tym, co on fizycznie reprezentuje. Przebieg z rysunku przedstawia bardzo typowy sygnał, którego analizujemy współczynnik wypełnienia (duty cycle) – czyli ile procent czasu w jednym cyklu sygnał jest aktywny. To zupełnie inne zagadnienie niż pomiar przepływu czy ciśnienia. W aplikacjach przemysłowych i motoryzacyjnych duty cycle jest wykorzystywany do opisu sterowania mocą, regulacji, a nie bezpośredniego pomiaru wielkości fizycznych takich jak masa czy objętość. Rozpoznanie takich detali jest ważne, bo w praktyce błędna interpretacja może prowadzić do złego diagnozowania usterek i nieprawidłowej kalibracji urządzeń sterujących.