instrumentering er et fagområde og arbejde centreret om måling og kontrol af fysiske processer. Disse fysiske processer inkluderer tryk, temperatur, strømningshastighed og kemisk konsistens. Et instrument er en enhed, der måler og / eller handler for at kontrollere enhver form for fysisk proces. På grund af det faktum, at elektriske mængder spænding og strøm er lette at måle, manipulere og transmittere over lange afstande, bruges de i vid udstrækning til at repræsentere sådanne fysiske variabler og transmittere informationen til fjerntliggende steder.

et signal er enhver form for fysisk mængde, der formidler information. Hørbar tale er bestemt et slags signal, da det formidler en persons tanker (information) til en anden gennem det fysiske lydmedium. Håndbevægelser er også signaler, der formidler information ved hjælp af lys.

denne tekst er en anden slags signal, fortolket af dit engelskuddannede sind som information om elektriske kredsløb. I dette kapitel vil ordet signal primært blive brugt med henvisning til en elektrisk mængde spænding eller strøm, der bruges til at repræsentere eller betegne en anden fysisk mængde.

Analog vs. Digital

et analogt signal er et slags signal, der er kontinuerligt variabelt, i modsætning til at have et begrænset antal trin langs dets rækkevidde (kaldet digital). Et velkendt eksempel på analog vs. digital er det af ure: analog er typen med pegepinde, der langsomt roterer rundt om en cirkulær skala, og digital er typen med decimaltalskærme eller en “brugt”, der rykker snarere end jævnt roterer.

det analoge ur har ingen fysisk grænse for, hvor fint det kan vise tiden, da dets “hænder” bevæger sig på en glat, pauseløs måde. Det digitale ur kan derimod ikke formidle nogen tidsenhed, der er mindre end hvad dens skærm tillader. Den type ur med en “brugt”, der rykker i 1 sekunders intervaller, er en digital enhed med en opløsning på mindst et sekund.

både analoge og digitale signaler finder anvendelse i moderne elektronik, og forskellene mellem disse to grundlæggende former for information er noget, der skal dækkes meget mere detaljeret senere i denne bog. For nu vil jeg begrænse omfanget af denne diskussion til analoge signaler, da de systemer, der bruger dem, har tendens til at være af enklere design.

for den mest grundlæggende oversigt over dette emne, se denne video tutorial om analog og digital elektronik.

med mange fysiske mængder, især elektrisk, analog variabilitet er let at komme med. Hvis en sådan fysisk mængde anvendes som et signalmedium, vil det være i stand til at repræsentere variationer af information med næsten ubegrænset opløsning.

industrielt Instrumenteringssystem

i de tidlige dage af industriel instrumentering blev trykluft brugt som et signalmedium til at formidle information fra måleinstrumenter til indikations-og styringsenheder placeret eksternt. Mængden af lufttryk svarede til størrelsen af den variabel, der blev målt. 20 pund pr. kvadrat tomme (PSI) blev leveret fra en luftkompressor gennem rør til måleinstrumentet og blev derefter reguleret af dette instrument i henhold til den mængde, der måles for at producere et tilsvarende udgangssignal.

for eksempel ville en pneumatisk (luftsignal) niveau “transmitter” – enhed, der var indstillet til at måle vandhøjden (“procesvariablen”) i en lagertank udsende et lavt lufttryk, når tanken var tom, et medium tryk, når tanken var delvist fuld, og et højt tryk, når tanken var helt fuld.

“vandstandsindikator” (LI) er intet andet end en trykmåler, der måler lufttrykket i den pneumatiske signallinje. Dette lufttryk, der er et signal, er igen en repræsentation af vandstanden i tanken. Enhver variation af niveauet i tanken kan repræsenteres ved en passende variation i trykket af det pneumatiske signal.

bortset fra visse praktiske grænser, der pålægges af mekanikken i lufttryksenheder, er dette pneumatiske signal uendeligt variabelt, i stand til at repræsentere enhver grad af ændring i vandstanden og er derfor analog i ordets rigtige forstand.

rå som det kan se ud, dannede denne form for pneumatisk signalsystem rygraden i mange industrielle måle-og kontrolsystemer rundt om i verden og ser stadig brug i dag på grund af dets enkelhed, sikkerhed og pålidelighed. Lufttrykssignaler transmitteres let gennem billige rør, måles let (med mekaniske trykmålere) og manipuleres let af mekaniske enheder ved hjælp af bælge, membraner, ventiler og andre pneumatiske enheder. Lufttrykssignaler er ikke kun nyttige til måling af fysiske processer, men også til styring af dem.

Med et stort nok stempel eller membran kan et lille lufttryksignal bruges til at generere en stor mekanisk kraft, som kan bruges til at bevæge en ventil eller anden styreenhed. Komplette automatiske styresystemer er lavet ved hjælp af lufttryk som signalmedium. De er enkle, pålidelige og relativt lette at forstå. Imidlertid kan de praktiske grænser for lufttryksignalnøjagtighed i nogle tilfælde være for begrænsende, især når trykluften ikke er ren og tør, og når muligheden for rørlækager findes.

Med fremkomsten af solid state elektroniske forstærkere og andre teknologiske fremskridt blev elektriske mængder spænding og strøm praktisk til brug som analogt instrumentsignalmedie. I stedet for at bruge pneumatiske tryksignaler til at videresende information om fylden af en vandlagertank, kunne elektriske signaler videresende den samme information over tynde ledninger (i stedet for slanger) og ikke kræve støtte fra så dyrt udstyr som luftkompressorer til at fungere:

analoge elektroniske signaler er stadig de primære slags signaler, der bruges i instrumenteringsverdenen i dag (januar 2001), men det giver plads til digitale kommunikationsformer i mange applikationer (mere om dette emne senere). På trods af ændringer i teknologi er det altid godt at have en grundig forståelse af grundlæggende principper, så følgende oplysninger bliver aldrig rigtig forældede.

Live nul

et vigtigt koncept anvendt i mange analoge instrumenteringssignalsystemer er “live nul”, en standard måde at skalere et signal på, så en indikation på 0 procent kan diskrimineres fra status for et “dødt” system. Tag det pneumatiske signalsystem som et eksempel: hvis signaltrykområdet for Sender og indikator var designet til at være 0 til 12 PSI, hvor 0 PSI repræsenterer 0 procent af procesmåling og 12 PSI repræsenterer 100 procent, kunne et modtaget signal på 0 procent være en legitim aflæsning af 0 procent måling, eller det kunne betyde, at systemet ikke fungerede (luftkompressor stoppet, rør brudt, senderfejl osv.). Med 0 procentpoint repræsenteret af 0 PSI, ville der ikke være nogen nem måde at skelne den ene fra den anden.

Hvis vi imidlertid skulle skalere instrumenterne (sender og indikator) for at bruge en skala fra 3 til 15 PSI, hvor 3 PSI repræsenterer 0 procent og 15 PSI repræsenterer 100 procent, ville enhver form for funktionsfejl, der resulterer i nul lufttryk ved indikatoren, generere en aflæsning på -25 procent (0 PSI), hvilket helt klart er en defekt værdi. Den person, der kigger på indikatoren, kunne så straks fortælle, at der var noget galt.

ikke alle signalstandarder er oprettet med levende nul basislinjer, men de mere robuste signalstandarder (3-15 PSI, 4-20 mA) har og med god grund.

anmeldelse:

• et signal er enhver form for detekterbar mængde, der bruges til at kommunikere information.
• et analogt signal er et signal, der kan varieres kontinuerligt eller uendeligt for at repræsentere en lille mængde ændringer.pneumatiske eller lufttrykssignaler var engang almindelige i industrielle instrumenteringssignalsystemer. Disse er stort set blevet afløst af analoge elektriske signaler såsom spænding og strøm.
• et levende nul henviser til en analog signalskala, der bruger en ikke-nul mængde til at repræsentere 0 procent af den virkelige måling, så enhver systemfejl, der resulterer i en naturlig “hviletilstand” med nul signaltryk, spænding eller strøm, Straks kan genkendes.