Spannungssignalsysteme

Die Verwendung variabler Spannung für Instrumentierungssignale scheint eine ziemlich naheliegende Option zu sein. Sehen wir uns an, wie ein Spannungssignalinstrument zum Messen und Weitergeben von Informationen über den Wassertankfüllstand verwendet werden kann:

Der „Sender“ in diesem Diagramm enthält eine eigene präzise geregelte Spannungsquelle, und die Potentiometereinstellung wird durch die Bewegung eines Schwimmers im Wassertank entsprechend dem Wasserstand verändert. Die „Anzeige“ ist nichts anderes als ein Voltmeter mit einer Skala, die so kalibriert ist, dass sie eine Wasserhöhe (Zoll, Fuß, Meter) anstelle von Volt anzeigt.

Wenn sich der Füllstand des Wassertanks ändert, bewegt sich der Schwimmer. Wenn sich der Schwimmer bewegt, wird der Potentiometerschleifer entsprechend bewegt, wodurch ein unterschiedlicher Anteil der Batteriespannung über das zweiadrige Kabel und weiter zur Füllstandsanzeige geteilt wird. Als Ergebnis ist die von der Anzeige empfangene Spannung repräsentativ für den Wasserstand im Vorratstank.

Dieses elementare Sender-/Anzeigesystem ist zuverlässig und leicht verständlich, hat jedoch seine Grenzen. Am größten ist vielleicht die Tatsache, dass die Systemgenauigkeit durch zu hohen Kabelwiderstand beeinflusst werden kann. Denken Sie daran, dass echte Voltmeter kleine Strommengen ziehen, obwohl es für ein Voltmeter ideal ist, überhaupt keinen Strom zu ziehen. Dies ist der Fall, insbesondere bei der Art von schweren, robusten analogen Zählerwerken, die wahrscheinlich für ein System in Industriequalität verwendet werden, wird eine geringe Strommenge durch die 2-adrigen Kabeladern fließen. Das Kabel, das entlang seiner Länge einen geringen Widerstand aufweist, lässt folglich eine kleine Spannung ab, so dass weniger Spannung an den Leitungen des Anzeigers verbleibt als an den Leitungen des Senders. Dieser Spannungsverlust, auch wenn er noch so klein ist, stellt einen Messfehler dar:

Den Adern des Kabels wurden Widerstandssymbole hinzugefügt, um zu zeigen, was in einem realen System passiert. Bedenken Sie, dass diese Widerstände mit dickem Draht (mit zusätzlichem Aufwand) minimiert und/oder ihre Auswirkungen durch die Verwendung eines hochohmigen (Null-Balance?) Voltmeters für eine Anzeige (mit zusätzlichem Aufwand) abgemildert werden können.

Trotz dieses inhärenten Nachteils werden Spannungssignale aufgrund ihrer extremen Einfachheit des Designs immer noch in vielen Anwendungen verwendet. Ein üblicher Signalstandard ist 0-10 Volt, was bedeutet, dass ein Signal von 0 Volt 0 Prozent der Messung darstellt, 10 Volt 100 Prozent der Messung darstellen, 5 Volt 50 Prozent der Messung darstellen und so weiter. Instrumente, die diesen Standardsignalbereich ausgeben und/oder akzeptieren, können von den wichtigsten Herstellern erworben werden. Ein häufigerer Spannungsbereich ist 1-5 Volt, der das „Live Zero“-Konzept für die Anzeige von Stromkreisfehlern nutzt.

RÜCKBLICK:

• Gleichspannung kann als analoges Signal verwendet werden, um Informationen von einem Ort zum anderen zu übertragen.
• Ein wesentlicher Nachteil der Spannungssignalisierung ist die Möglichkeit, dass die Spannung an der Anzeige (Voltmeter) aufgrund des Leitungswiderstands und der Stromaufnahme der Anzeige geringer ist als die Spannung an der Signalquelle. Dieser Spannungsabfall entlang der Leiterlänge stellt einen Messfehler vom Messumformer zum Anzeigegerät dar.