instrumentația este un domeniu de studiu și de lucru centrat pe măsurarea și controlul proceselor fizice. Aceste procese fizice includ presiunea, temperatura, debitul și consistența chimică. Un instrument este un dispozitiv care măsoară și / sau acționează pentru a controla orice fel de proces fizic. Datorită faptului că cantitățile electrice de tensiune și curent sunt ușor de măsurat, manipulat și transmis pe distanțe lungi, acestea sunt utilizate pe scară largă pentru a reprezenta astfel de variabile fizice și pentru a transmite informațiile în locații îndepărtate.

un semnal este orice fel de cantitate fizică care transmite informații. Vorbirea audibilă este cu siguranță un fel de semnal, deoarece transmite gândurile (informațiile) unei persoane către alta prin mediul fizic al sunetului. Gesturile mâinilor sunt, de asemenea, semnale care transmit informații prin intermediul luminii.

acest text este un alt fel de semnal, interpretat de mintea ta instruită în limba engleză ca informații despre circuitele electrice. În acest capitol, cuvântul semnal va fi utilizat în principal cu referire la o cantitate electrică de tensiune sau curent care este utilizată pentru a reprezenta sau semnifica o altă cantitate fizică.

Analog vs.Digital

un semnal analogic este un fel de semnal care este continuu variabil, spre deosebire de a avea un număr limitat de pași de-a lungul intervalului său (numit digital). Un exemplu binecunoscut de analog vs. digital este cel al ceasurilor: analogul fiind tipul cu indicatoare care se rotesc încet în jurul unei scări circulare, iar digitalul fiind tipul cu afișaje de numere zecimale sau un „second-hand” care se mișcă mai degrabă decât se rotește lin.

ceasul analogic nu are nicio limită fizică la cât de fin poate afișa ora, deoarece „mâinile” sale se mișcă într-un mod neted, fără pauză. Ceasul digital, pe de altă parte, nu poate transmite nicio unitate de timp mai mică decât ceea ce va permite afișarea sa. Tipul de ceas cu un „second-hand” care deranjează în intervale de 1 secundă este un dispozitiv digital cu o rezoluție minimă de o secundă.

atât semnalele analogice, cât și cele digitale își găsesc aplicarea în electronica modernă, iar distincțiile dintre aceste două forme de bază de informații sunt ceva care trebuie acoperit mult mai detaliat mai târziu în această carte. Deocamdată, voi limita sfera acestei discuții la semnale analogice, deoarece sistemele care le folosesc tind să fie de design mai simplu.

pentru cea mai de bază Prezentare generală a acestui subiect, consultați acest tutorial video despre electronica analogică și digitală.

cu multe cantități fizice, în special electrice, variabilitatea analogică este ușor de găsit. Dacă o astfel de cantitate fizică este utilizată ca mediu de semnal, aceasta va putea reprezenta variații de informații cu rezoluție aproape nelimitată.

sistem de instrumentație industrială

în primele zile ale instrumentației industriale, aerul comprimat a fost utilizat ca mediu de semnalizare pentru a transmite informații de la instrumentele de măsurare la dispozitivele de indicare și control situate de la distanță. Cantitatea de presiune a aerului corespundea magnitudinii variabilei măsurate. Aerul curat și uscat la aproximativ 20 de kilograme pe inch pătrat (PSI) a fost furnizat de la un compresor de aer prin tuburi către instrumentul de măsurare și a fost apoi reglat de acel instrument în funcție de cantitatea măsurată pentru a produce un semnal de ieșire corespunzător.

de exemplu, un dispozitiv „transmițător” de nivel pneumatic (semnal de aer) configurat pentru a măsura înălțimea apei („variabila de proces”) într-un rezervor de stocare ar produce o presiune scăzută a aerului atunci când rezervorul era gol, o presiune medie când rezervorul era parțial plin și o presiune ridicată când rezervorul era complet plin.

„indicatorul nivelului apei” (LI) nu este altceva decât un manometru care măsoară presiunea aerului în conducta de semnal pneumatică. Această presiune a aerului, fiind un semnal, este, la rândul său, o reprezentare a nivelului apei din rezervor. Orice variație a nivelului în rezervor poate fi reprezentată de o variație adecvată a presiunii semnalului pneumatic.

în afară de anumite limite practice impuse de mecanica dispozitivelor de presiune a aerului, acest semnal pneumatic este infinit variabil, capabil să reprezinte orice grad de schimbare a nivelului apei și este, prin urmare, analog în adevăratul sens al cuvântului.așa cum pare, acest tip de sistem de semnalizare pneumatică a format coloana vertebrală a multor sisteme industriale de măsurare și control din întreaga lume și încă se folosește astăzi datorită simplității, siguranței și fiabilității sale. Semnalele de presiune a aerului sunt transmise cu ușurință prin tuburi ieftine, ușor de măsurat (cu manometre mecanice) și sunt ușor de manipulat de dispozitive mecanice folosind burdufuri, diafragme, supape și alte dispozitive pneumatice. Semnalele de presiune a aerului nu sunt utile doar pentru măsurarea proceselor fizice, ci și pentru controlul acestora.

cu un piston sau diafragmă suficient de mare, un semnal mic de presiune a aerului poate fi utilizat pentru a genera o forță mecanică mare, care poate fi utilizată pentru a deplasa o supapă sau alt dispozitiv de control. Sistemele complete de control automat au fost realizate folosind presiunea aerului ca mediu de semnal. Ele sunt simple, fiabile și relativ ușor de înțeles. Cu toate acestea, limitele practice pentru precizia semnalului de presiune a aerului pot fi prea limitate în unele cazuri, mai ales atunci când aerul comprimat nu este curat și uscat și când există posibilitatea scurgerilor de tuburi.

odată cu apariția amplificatoarelor electronice în stare solidă și a altor progrese tehnologice, cantitățile electrice de tensiune și curent au devenit practice pentru utilizarea ca mijloace de semnalizare analogice. În loc să utilizeze semnale de presiune pneumatice pentru a transmite informații despre plinătatea unui rezervor de stocare a apei, semnalele electrice ar putea transmite aceleași informații pe fire subțiri (în loc de tuburi) și nu necesită sprijinul unor echipamente atât de scumpe, cum ar fi compresoarele de aer pentru a funcționa:

semnalele electronice analogice sunt încă principalele tipuri de semnale utilizate în lumea instrumentației astăzi (ianuarie 2001), dar cedează modurilor digitale de comunicare în multe aplicații (mai multe despre acest subiect mai târziu). În ciuda schimbărilor tehnologice, este întotdeauna bine să aveți o înțelegere aprofundată a principiilor fundamentale, astfel încât următoarele informații nu vor deveni niciodată învechite.

Live Zero

un concept important aplicat în multe sisteme de semnal analogice de instrumentație este cel al „LIVE zero”, un mod standard de scalare a unui semnal astfel încât o indicație de 0% să poată fi discriminată de statutul unui sistem „mort”. Luați ca exemplu sistemul de semnal pneumatic: dacă intervalul de presiune a semnalului pentru emițător și indicator a fost proiectat să fie de la 0 la 12 PSI, cu 0 PSI reprezentând 0% din măsurarea procesului și 12 PSI reprezentând 100%, un semnal primit de 0% ar putea fi o citire legitimă a măsurării de 0% sau ar putea însemna că sistemul funcționează defectuos (compresorul de aer oprit, tubul rupt, emițătorul funcționează defectuos etc.). Cu punctul de 0% reprezentat de 0 PSI, nu ar exista o modalitate ușoară de a distinge unul de celălalt.

dacă, totuși, am scala instrumentele (emițător și indicator) pentru a utiliza o scară de la 3 la 15 PSI, cu 3 PSI reprezentând 0 la sută și 15 PSI reprezentând 100 la sută, orice fel de defecțiune care duce la presiunea aerului zero la indicator ar genera o citire de -25 la sută (0 PSI), ceea ce este în mod clar o valoare defectă. Persoana care se uită la indicator ar putea apoi să spună imediat că ceva nu este în regulă.

nu toate standardele de semnal au fost stabilite cu linii de bază zero vii, dar standardele de semnale mai robuste (3-15 PSI, 4-20 mA) au, și pentru un motiv bun.

REVIEW:

• un semnal este orice fel de cantitate detectabilă utilizată pentru a comunica informații.
• un semnal analogic este un semnal care poate fi continuu sau infinit, variat pentru a reprezenta orice cantitate mică de schimbare.
• semnalele pneumatice, sau presiunea aerului, au fost o dată comune în sistemele de semnal de instrumente industriale. Acestea au fost în mare parte înlocuite de semnale electrice analogice, cum ar fi tensiunea și curentul.
• un zero viu se referă la o scală de semnal analogic care utilizează o cantitate diferită de zero pentru a reprezenta 0% din măsurarea lumii reale, astfel încât orice defecțiune a sistemului care duce la o stare naturală de „repaus” a presiunii, tensiunii sau curentului semnalului zero poate fi recunoscută imediat.