Spanningssignaalsystemen

Het gebruik van variabele spanning voor instrumentatiesignalen lijkt een vrij voor de hand liggende optie om te onderzoeken. Laten we eens kijken hoe een spanningssignaalinstrument kan worden gebruikt om informatie over het watertankniveau te meten en door te geven:

De "zender" in dit diagram bevat zijn eigen nauwkeurig geregelde spanningsbron en de instelling van de potentiometer wordt gevarieerd door de beweging van een vlotter in de watertank die het waterniveau volgt. De "indicator" is niets meer dan een voltmeter met een schaal die is gekalibreerd om een ​​eenheidshoogte van water (inch, voet, meter) in plaats van volt af te lezen.

Als het niveau van het waterreservoir verandert, zal de vlotter bewegen. Terwijl de vlotter beweegt, zal de potentiometerwisser dienovereenkomstig worden verplaatst, waarbij een ander deel van de batterijspanning wordt verdeeld om over de tweeaderige kabel naar de niveau-indicator te gaan. Als gevolg hiervan zal de spanning die door de indicator wordt ontvangen, representatief zijn voor het waterniveau in de opslagtank.

Dit elementaire zender/indicatorsysteem is betrouwbaar en gemakkelijk te begrijpen, maar heeft zijn beperkingen. Misschien wel het grootste is het feit dat de systeemnauwkeurigheid kan worden beïnvloed door een te hoge kabelweerstand. Onthoud dat echte voltmeters kleine hoeveelheden stroom trekken, ook al is het ideaal voor een voltmeter om helemaal geen stroom te trekken. Als dit het geval is, vooral voor het soort zware, robuuste analoge meterbewegingen die waarschijnlijk worden gebruikt voor een systeem van industriële kwaliteit, zal er een kleine hoeveelheid stroom door de 2-aderige kabeldraden gaan. De kabel, die over de lengte een kleine weerstand heeft, zal bijgevolg een kleine hoeveelheid spanning laten vallen, waardoor er minder spanning over de geleiders van de indicator overblijft dan over de geleiders van de zender. Dit spanningsverlies, hoe klein ook, vormt een meetfout:

Aan de draden van de kabel zijn weerstandssymbolen toegevoegd om te laten zien wat er in een echt systeem gebeurt. Houd er rekening mee dat deze weerstanden kunnen worden geminimaliseerd met zware draad (tegen extra kosten) en/of hun effecten kunnen worden verzacht door het gebruik van een voltmeter met hoge weerstand (nulbalans?) voor een indicator (tegen extra complexiteit).

Ondanks dit inherente nadeel worden spanningssignalen nog steeds in veel toepassingen gebruikt vanwege hun extreme ontwerpeenvoud. Een veelgebruikte signaalstandaard is 0-10 volt, wat betekent dat een signaal van 0 volt 0 procent van de meting vertegenwoordigt, 10 volt 100 procent van de meting vertegenwoordigt, 5 volt 50 procent van de meting vertegenwoordigt, enzovoort. Instrumenten die zijn ontworpen om dit standaard signaalbereik uit te voeren en/of te accepteren, zijn verkrijgbaar bij grote fabrikanten. Een meer gebruikelijk spanningsbereik is 1-5 volt, waarbij gebruik wordt gemaakt van het "live zero"-concept voor de indicatie van circuitstoringen.

BEOORDELING:

• DC-spanning kan worden gebruikt als een analoog signaal om informatie van de ene locatie naar de andere door te sturen.
• Een groot nadeel van spanningssignalering is de mogelijkheid dat de spanning bij de indicator (voltmeter) lager zal zijn dan de spanning bij de signaalbron, vanwege lijnweerstand en indicatorstroomafname. Deze spanningsval over de lengte van de geleider vormt een meetfout van de zender naar de indicator.