Электроника:Постоянный ток/Сигналы электрического оборудования/Системы сигналов напряжения

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Системы сигналов напряжения[1]

Использование переменного напряжения для измерительных сигналов кажется довольно очевидным вариантом для изучения. Давайте посмотрим, как можно использовать прибор, показывающий напряжение для измерений и передачи информации об уровне воды в резервуаре:

Рис. 1. Схема сигнальной системы, использующей показатель электрического напряжения.
Рис. 1. Схема сигнальной системы, использующей показатель электрического напряжения.

«Датчик» на этой схеме содержит собственный точно регулируемый источник напряжения, а показания потенциометра зависят от перемещений поплавка внутри резервуара в соответствии с изменяющимся уровнем воды. «Индикатор» в этом случае – это не что иное, как вольтметр со шкалой, откалиброванной для измерения высоты воды (дюймы, футы, метры) вместо вольт.

При изменении уровня воды в резервуаре поплавок движется. По мере того, как поплавок перемещается, ползунок потенциометра также совершает соответствующее перемещение, деля напряжение в батарее в соразмерной пропорции, которое в свою очередь подаётся по двухжильному кабелю и показывает на индикаторе уровней некоторое значение. В результате напряжение, показанное индикатором, отображает уровень воды в резервуаре.

Эта простая система передатчик/индикатор надёжна и легка для понимания, но имеет свои ограничения. Возможно, самой большой загвоздкой является то, что на точность системы может влиять чрезмерное сопротивление кабеля. Как вы помните из предыдущей главы, грамотно сконструированные вольтметры потребляют небольшое количество тока, вплоть до того, что вольтметр вообще не потребляет ток. В этом случае, особенно для тяжёлого и прочного аналогового измерительного механизма, который, вероятно, используется в промышленных системах, через двужильный проводник будет проходить небольшой ток. На кабеле, имеющем небольшое сопротивление по всей длине, соответственно будет наблюдаться небольшое падение напряжения, в результате чего на выводах индикатора останется меньшее напряжение, чем на выводах датчика. Эта потеря напряжения, даже небольшая, влечёт за собой ошибку измерения:

Рис. 2. Схема сигнальной системы, на которой показано что разница в напряжении для индикатора и передатчика приводит к погрешности.
Рис. 2. Схема сигнальной системы, на которой показано что разница в напряжении для индикатора и передатчика приводит к погрешности.

К проводам кабеля на схеме добавлены символы резисторов, чтобы показать, что происходит в реальной системе. Имейте в виду, что эти сопротивления могут быть минимизированы с помощью провода большого сечения (что приводит к дополнительным расходам) и/или их влияние может быть уменьшено за счёт использования вольтметра с высоким сопротивлением (нуль-индикатор?), что налагает на такую конструкцию прибора дополнительную сложность.

Несмотря на этот неустранимый недостаток, сигналы напряжения по-прежнему используются во многих приложениях из-за их чрезвычайной простоты. Единый общий стандарт сигнала составляет 0-10 вольт, что означает, что сигнал 0 вольт соответствует 0% измерения, 10 вольт – 100% измерения, 5 вольт – 50% измерения и так далее. Инструменты, предназначенные для вывода и/или приема этого стандартного диапазона сигналов, можно приобрести у основных производителей. Более распространенный диапазон напряжения составляет 1-5 вольт, что позволяет использовать концепцию «смещённого нуля» для распознания ситуаций, когда цепь неисправна.

Итог

  • Напряжение постоянного тока можно использовать в качестве аналогового сигнала для передачи информации из одного места в другое.
  • Основным недостатком сигнального напряжения является возможность того, что напряжение на индикаторе (вольтметре) будет меньше напряжения на источнике сигнала из-за сопротивления проводки и потребления тока индикатором. Данное падение напряжения по длине провода (от преобразователя до индикатора) составит погрешность измерения.

См.также

Внешние ссылки