سیگنال های آنالوگ در سنسورهای فشار

در دل یک کارخانه شیمیایی، سنسور فشار به آرامی در لوله‌های پر از مواد فعال نصب می‌شود. این سنسور به طور مداوم فشار درون سیستم را اندازه‌گیری می‌کند و هر تغییر کوچک را ثبت می‌کند. هنگامی که فشار از حد مجاز عبور کند، پمپ‌ها به طور خودکار خاموش یا روشن می‌شوند تا از وقوع هرگونه مشکل جلوگیری شود.

اما صدای این سنسور چطوری به گوش ما می‌رسه …

در واقع، این صدای سنسور به شکل سیگنال‌های الکتریکی به سیستم‌های کنترلی منتقل می‌شود؛ سیگنال‌هایی که ما نمی‌شنویم، اما باعث تصمیمات فوری در سیستم می‌شوند تا فرآیند به درستی پیش رود.

سیگنال های آنالوگ جریانی : ۲۰ … ۴ میلی آمپر

سیگنال جریانی ۲۰ … ۴ میلی‌آمپر، ستون فقرات انتقال داده‌های آنالوگ در اتوماسیون صنعتی محسوب می‌شود و به‌طور ویژه در سنسورهای فشار ← جایگاه برجسته‌ای دارد. محبوبیت این سیگنال به دلیل سادگی در پیاده‌سازی، اطمینان بالا و مقاومت بی‌نظیر آن در برابر تداخلات محیطی است.

یکی از مزایای کلیدی سیگنال جریانی نسبت به سیگنال‌های ولتاژی، ایمنی بالاتر آن در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMC) است.

تداخلات الکترومغناطیسی عمدتاً به‌صورت ولتاژی وارد مدار می‌شوند و تأثیر اندکی بر جریان دارند.

این ویژگی باعث می‌شود که سیگنال ۲۰ … ۴ میلی‌آمپر دقت و پایداری بیشتری در انتقال داده‌هایی مانند دما و فشار ارائه دهد.
برای نمونه، در یک فرآیند تولید، ترانسمیتر فشار می‌تواند محدوده ۱۰ … ۰ بار را به سیگنال جریانی ۲۰ … ۴ میلی‌آمپر تبدیل کند و آن را به سیستم کنترلی ارسال نماید.
سیگنال دو سیمه ۲۰ … ۴ میلی‌آمپر به دلیل کاهش هزینه‌های سیم‌کشی و قابلیت تشخیص سریع خطا، به گزینه‌ای ایده‌آل در صنایع تبدیل شده است.
در این نوع سیم کشی، افت جریان به کمتر از ۳.۸ میلی‌آمپر نشانه قطع سیم و افزایش جریان به بیش از ۲۰.۵ میلی‌آمپر علامتی از اتصال کوتاه شدن سیم هاست. این ویژگی مطابق با استاندارد NAMUR NE43 تعریف شده و نقش مهمی در افزایش قابلیت اطمینان فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کند.
نسخه سه سیمه این سیگنال همچنان برای دستگاه‌هایی که نیاز به توان بالاتری دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما در اکثر کاربردها، نسخه دو سیمه به دلیل کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن، اولویت دارد.

سیگنال های خروجی آنالوگ ولتاژی : DC 0 … 10 V, DC 1 … 5 V, DC 1 … 10 V

علاوه بر سیگنال‌های جریانی، سیگنال‌های ولتاژی نظیر ۱۰ … ۰ ولت، ۵ … ۱ ولت و ۱۰ … ۱ ولت نیز به عنوان ابزار رایج در انتقال مقادیر اندازه‌گیری شده در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این سیگنال‌ها به دلیل سادگی در استفاده و امکان عیب‌یابی سریع با یک مولتی‌متر، محبوبیت دارند. با این حال، نقطه ضعف اصلی آن‌ها حساسیت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMC) است که می‌تواند منجر به قرائت‌های نادرست یا اختلال در سیگنال کنترلی شود. برای کاهش این ریسک، استفاده از کابل‌های شیلددار الزامی است.

سیگنال‌های ولتاژی اغلب برای تنظیم نقطه ست‌پوینت (Set Point) در موتورهای صنعتی کاربرد دارند، اما سنسورهای اندازه‌گیری دما و فشار نیز با خروجی‌های ولتاژی در دسترس هستند.

فرآیند انتقال به این صورت است که فشار یا دمای اندازه‌گیری شده در سنسور، به یک سیگنال ولتاژی تبدیل شده و از طریق یک سیستم سه سیمه به کنترلر ارسال می‌شود.

یکی از مزایای سیگنال‌های ۵ … ۱ ولت و ۱۰ … ۱ ولت، قابلیت تشخیص اتصال کوتاه از طریق تعریف یک مقدار صفر فعال (Active Zero) در سطح 1 ولت است.

این ویژگی امکان شناسایی سریع مشکلات احتمالی در خطوط سیگنال را فراهم می‌آورد و از توقف ناخواسته فرآیند جلوگیری می‌کند.

سیگنال های خروجی آنالوگ ریشیومتریک:  ۴.۵ … ۰.۵ ولت ریشومتریک

در برخی کاربردها، مانند وسایل نقلیه یا دستگاه‌های باتری‌خور، سیگنالی مورد نیاز است که با مصرف توان پایین عمل کند تا عمر دستگاه افزایش یابد. در چنین مواردی، سیگنال‌های ریشیومتریک (Ratiometric) به کار می‌روند که خروجی آن‌ها به صورت ۹۰ … ۱۰ درصد از ولتاژ تغذیه تغییر می‌کند.

در دستگاه‌هایی با خروجی ریشیومتریک، هیچ ولتاژ مرجع داخلی تولید نمی‌شود. به جای آن، تمامی اجزا بر اساس ولتاژ فعلی تغذیه، به صورت متناسب (رِیشیومتریک) عمل می‌کنند. این یعنی عملکرد سیستم به طور مستقیم وابسته به ولتاژ لحظه‌ای تغذیه است.

یکی از مزایای این روش، حذف نیاز به اجزای تولیدکننده ولتاژ مرجع داخلی است که باعث کاهش مصرف توان در بخش‌های الکترونیکی می‌شود.
این ویژگی به ویژه برای دستگاه‌هایی که باید با انرژی محدود (مانند باتری) کار کنند، بسیار مهم است و به افزایش طول عمر عملیاتی کمک می‌کند.