9.2: Sistemas de señal de voltaje

El uso de voltaje variable para señales de instrumentación parece una opción bastante obvia para explorar. Veamos cómo se podría usar un instrumento de señal de voltaje para medir y transmitir información sobre el nivel del tanque de agua:

El “transmisor” en este diagrama contiene su propia fuente de voltaje regulada de precisión, y el ajuste del potenciómetro varía por el movimiento de un flotador dentro del tanque de agua siguiendo el nivel del agua. El “indicador” no es más que un voltímetro con una escala calibrada para leer en alguna unidad de altura de agua (pulgadas, pies, metros) en lugar de voltios.

A medida que cambie el nivel del tanque de agua, el flotador se moverá. A medida que el flotador se mueve, el limpiaparabrisas del potenciómetro se moverá correspondientemente, dividiendo una proporción diferente del voltaje de la batería para pasar a través del cable de dos conductores y hacia el indicador de nivel. En consecuencia, la tensión recibida por el indicador será representativa del nivel de agua en el tanque de almacenamiento.

Este sistema de transmisor/indicador elemental es confiable y fácil de entender, pero tiene sus limitaciones. Quizás lo más importante es el hecho de que la precisión del sistema puede verse influenciada por una resistencia excesiva del cable. Recuerde que los voltímetros reales extraen pequeñas cantidades de corriente, a pesar de que es ideal para que un voltímetro no consuma ninguna corriente en absoluto. Siendo este el caso, especialmente para el tipo de movimiento de medidor analógico pesado y robusto que probablemente se usa para un sistema de calidad industrial, habrá una pequeña cantidad de corriente a través de los cables de 2 conductores. El cable, que tiene una pequeña cantidad de resistencia a lo largo de su longitud, caerá en consecuencia una pequeña cantidad de voltaje, dejando menos voltaje a través de los cables del indicador que lo que está a través de los cables del transmisor. Esta pérdida de voltaje, por pequeña que sea, constituye un error en la medición:

Se han agregado símbolos de resistencia a los cables del cable para mostrar lo que está sucediendo en un sistema real. Tenga en cuenta que estas resistencias se pueden minimizar con alambre de grueso calibre (a un costo adicional) y/o sus efectos mitigados mediante el uso de una alta resistencia (¿equilibrio nulo?) voltímetro para un indicador (a complejidad adicional).

A pesar de esta desventaja inherente, las señales de voltaje todavía se utilizan en muchas aplicaciones debido a su extrema simplicidad de diseño. Un estándar de señal común es 0-10 voltios, lo que significa que una señal de 0 voltios representa el 0 por ciento de la medición, 10 voltios representa el 100 por ciento de la medición, 5 voltios representa el 50 por ciento de la medición, y así sucesivamente. Los instrumentos diseñados para emitir y/o aceptar este rango de señal estándar están disponibles para su compra de los principales fabricantes. Un rango de voltaje más común es de 1-5 voltios, lo que hace uso del concepto de “cero vivo” para la indicación de fallas de circuito.

Revisar

• El voltaje de CC se puede utilizar como una señal analógica para transmitir información de una ubicación a otra.
• Una desventaja importante de la señalización de voltaje es la posibilidad de que el voltaje en el indicador (voltímetro) sea menor que el voltaje en la fuente de señal, debido a la resistencia de línea y al consumo de corriente del indicador. Esta caída de voltaje a lo largo de la longitud del conductor constituye un error de medición desde el transmisor hasta el indicador.