سیگنال‌های استاندارد الکتریکی 

سیگنال‌های استاندارد الکتریکی 

اندازه گیری و کنترل کمیت‌های فیزیکی مانند فشار، دما و جریان، اهمیت بالایی در صنایع مختلف دارند، به طوری که انسان همواره به دنبال راهی برای تحقق این امور مهم بوده است. تلاش بشر در این راه، منجر به خلق انواع گوناگونی از ابزارها برای اندازه گیری و کنترل انواع فرایندهای فیزیکی شده است، که با گذر زمان دستخوش تغییراتی برای تکامل و عملکرد بهتر شده‌اند.

در این ابزارها، سیگنال‌ها به عنوان عناصری مهم شناخته می‌شوند. به هر گونه از کمیت‌های فیزیکی که اطلاعاتی را منتقل کنند، سیگنال گفته می‌شود؛ از سیگنال‌های استاندارد الکتریکی گرفته تا سیگنال‌های ساده‌ای مانند صحبت کردن، که به وسیله‌ی آن افکار منتقل می‌شوند. با توجه به این که کمیت‌های الکتریکی مانند ولتاژ و جریان به راحتی قابل اندازه گیری، تغییر و انتقال در فواصل طولانی هستند، سیگنال‌های‌ الکتریکی کاربرد گسترده‌ای در انتقال اطلاعات پیدا کرده‌اند. در این مقاله به بررسی سیگنال‌های استاندارد الکتریکی می‌پردازیم.

سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال

سیگنال‌های آنالوگ سیگنال‌هایی هستند که تغییرات در آن‌ها دارای پیوستگی است، اما سیگنال‌های دیجیتال شامل اعدادی محدود در دامنه‌ای مشخص هستند. به طور مثال در ساعت‌های آنالوگ با توجه به این که عقربه‌ها به صورت پیوسته در یک محور دایره‌ای گردش می‌کنند، هیچ محدودیت فیزیکی برای نمایش دقیق زمان وجود ندارد. اما ساعت‌های دیجیتال دارای دقت مشخصی هستند که به آن‌ها قابلیت نشان دادن زمان در واحدهای کوچک‌تر از واحد تعیین شده را نمی‌دهد. همچنین ساعت‌هایی با عقربه‌ی ثانیه شماری که هر یک ثانیه یک بار تکان می‌خورد، دارای سیستم دیجیتال با دقت یک ثانیه هستند. امروزه هر دو نوع سیگنال‌ها در کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما سیستم‌هایی که از سیگنال‌های آنالوگ استفاده می‌کنند دارای طراحی ساده‌تری می‌باشند. در این مقاله نیز سیگنال‌های استاندارد الکتریکی آنالوگ مورد بحث هستند.

پیدایش سیگنال‌های استاندارد الکتریکی آنالوگ

پیش از پیدایش سیگنال‌های الکتریکی، برای انتقال اطلاعات به دستگاه‌های اندازه گیری و کنترل دستگاه‌ها از راه دور، از هوای فشرده به عنوان سیگنال استفاده می‌شد. در این سیستم اندازه گیری، هوای خشک و تمیز با سرعت 20 پوند بر اینچ مربع (PSI) از کمپرسور هوا از طریق یک لوله به دستگاه اندازه گیری منتقل می‌شود. دستگاه اندازه گیری، سرعت هوای فشرده را بر اساس کمیت اندازه گیری شده تنظیم می‌کند تا سیگنال خروجی مربوط به آن مقدار تولید شود. به این ترتیب، مقدار هر متغیر مورد اندازه گیری مطابق با میزان فشار هوا است. این سیگنال پنوماتیک می‌تواند هر درجه تغییر در کمیت را نشان دهد، به همین دلیل سیگنالی آنالوگ است.

سیگنال‌های پنوماتیک به عنوان پایه‌ای برای پیدایش سیستم‌های صنعتی کنترل و اندازه گیری شناخته می‌شوند. این سیستم هنوز هم به دلیل سادگی، ایمنی و قابلیت اطمینان مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما ممکن است در مواردی به ویژه تمیز و خشک نبودن هوا، دقت پایینی داشته باشد. با پیدایش آمپلیفایرهای جامد و پیشرفت‌های دیگر در تکنولوژی، کمیت‌های الکتریکی ولتاژ و جریان به عنوان سیگنال‌های آنالوگی که می‌توانند همان اطلاعات را از طریق سیم‌های نازک و بدون نیاز به ابزارهای گران قیمتی چون کمپرسور هوا انتقال دهند، مورد استفاده قرار گرفتند. سیگنال‌های استاندارد الکتریکی آنالوگ هنوز به عنوان گونه‌ی اصلی سیگنال‌های مورد استفاده در صنایع و همچنین در سنسورها به حساب می‌آیند.

سیگنال‌های استاندارد الکتریکی

در ابزارهای اندازه گیری می‌توان از ولتاژ DC متغیر و جریان متغیر به عنوان سیگنال استفاده کرد. سیگنال‌های استاندارد الکتریکی از نوع ولتاژ به چهار دسته تقسیم می‌شوند: 5-0 ولت، 5-1 ولت، 10-0 ولت و 10± ولت. در سیگنال ولتاژی 10-0 ولت، ولتاژ 0 نشان دهنده‌ی 0% مقدار یا اختلال در سیستم، ولتاژ 5 برابر 50% مقدار و ولتاژ 10 برابر 100% مقدار پارامتر می‌باشد. رایج ترین سیگنال ولتاژی 5-1 ولت است که در آن ولتاژ 1 برابر 0% مقدار و ولتاژ 5 برابر 100% مقدار است و در آن اختلال در سیستم با 0% مقدار اشتباه گرفته نمی‌شود.

 سیگنال‌های استاندارد الکتریکی از نوع جریانی در سه دسته قرار می‌گیرند: 20-0 میلی آمپر، 20-4 میلی آمپر، 20± میلی آمپر. در این دسته بندی سیگنال جریانی20-4 میلی آمپر به عنوان رایج ترین سیگنال الکتریکی شناخته می‌شود که به راحتی می‌تواند به سیگنال 5-1 ولت تبدیل شود. در دسته جریان 4 میلی آمپر نشان دهنده‌ی 0% مقدار و جریان 20 میلی آمپر نشان دهنده‌ی 100% مقدار پارامتر اندازه گیری شده می‌باشد.