مبدل ولتاژ به جریان

مترجم رضاکیانی موحد

در صنعت (و همچنین وسایل نقلیه چون قطار و کشتی و...) اندازه گیری صحیح شرایط فیزیکی دستگاه ها و فرآیندها مهمترین دلمشغولی مهندسین کنترل و ابزار دقیق می باشد. کمیت های فیزیکی مانند درجه حرارت، فشار، وزن، جابجایی و غیره باید توسط دستگاه هایی اندازه گیری شده و مقادیر متناسبی از جریان یا ولتاژ را به دستگاه های نشان دهنده یا کنترل کننده انتقال بدهند. در بیشتر تجهیزات اندازه گیری و ابزار دقیق برای انتقال مقدار کمیت اندازه گیری شده از سیگنالهای جریانی استفاده می شود چرا که در یک مدار بسته مقدار جریان از دستگاه اندازه گیری (تولید کننده ی جریان) تا دستگاه نشان دهنده یا کنترلی (مصرف کننده ی جریان) مقداری ثابت است. اما سیگنالهای ولتاژ بسته به فاصله ی دستگاه اندازه گیری تا دستگاه نشان دهنده (یا کنترل کننده) دچار افت ولتاژ می شوند و همین امر سبب کاهش دقت اندازه گیری کمیت مورد نظر می شود. از سوی دیگر امکان تأثیرپذیری ولتاژ از منابع نویز در محیط های صنعتی زیاد بوده و به همین دلیل برای جلوگیری از نویز ناچار به شیلدکردن سیمهای رابط هستیم که این امر هزینه ی زیادی را بر پروژه تحمیل می کند.

اما مشکلی که وجود دارد این است که اغلب دستگاه های اندازه گیری کمیتهای فیزیکی را به صورت ولتاژ اندازه گیری می کنند. مثلا یک ترموکوپل در خروجی خود ولتاژی متناظر با حرارت ایجاد می کند. از همین رو برای انتقال سیگنال به صورت جریان ناچاریم که ولتاژ ظاهرشده در خروجی دستگاه اندازه گیری را به جریانی متناظر با ولتاژ تبدیل کنیم. در صنعت دستگاه هایی که این تبدیل را انجام می دهند عموما به صورت یکپارچه با خود دستگاه اندازه گیری ساخته می شوند و ترانسدیوسر نام دارند. ساده ترین ترانسدیوسری که می توان ساخت یک تقویت کننده ی عملیاتی با فیدبک منفی به عنوان منبع جریان می باشد.

در شکل بالا فرض می کنیم که ورودی ولتاژ به تقویت کننده ی عملیاتی در حقیقت از کمیت فیزیکی مورد اندازه گیری (حرارت، فشار، جابجایی وغیره) ناشی شده است به گونه ای که ولتاژ 1 ولت متناظر با صفر درصد کمیت مورد نظر و ولتاژ 5 ولت برابر با 100 درصد آن کمیت باشد. سیگنال استاندارد جریانی که تولید می شود بین 4 تا 20 میلی آمپر متغیر است که متناظر با 0 تا 100 درصد تغییرات کمیت فیزیکی اندازه گیری شده می باشد. مقدار مقاومت داخلی دستگاه اندازه گیری (یا کنترل کننده) R_load یا مقاومت سیمهای رابط نقشی در میزان جریان تولید شده ندارند.

منبع

ترمو الکتریسیته

عیب یابی کابلها و تشخیص محل عیب

امروزه برای تشخیص محل عیب کابلها روشهای پیشرفته زیادی وجود دارد. اما گاهی در کارگاه های دورافتاده امکانات اندکی وجود دارد و برقکار باید با همین امکانات سعی کند تا محل معیوب کابل را بیابد. روشهای ساده ای که در پایین معرفی می شوند با استفاده از میگر و چند قطعه سادی می توانند محل عیب را با تقریب تعیین کنند. اما قبل از اینکه محل عیب مشخص شود باید نوع عیب کابل مشخص گردد.

الف: برای تشخیص نقطه معیوب یک کابل و تعیین محل آن بدون خاکبرداری در ابتدا نیازمندیم که انواع عیب هایی که برای یک کابل ممکن است روی بدهد بشناسیم:

1-    اتصال کوتاه: وصل غیرمترقبه یک یا چند رشته کابل به همدیگر.

2-    اتصال زمین: وصل غیرمترقبه یک یا چند رشته کابل به زمین.

3-    پارگی: قطع غیرمترقبه یک یا چند رشته کابل.

ب: تشخیص نوع عیب و محل آن:

1-  اتصال کوتاه: برای تشخیص اتصال کوتاه در یک کابل باید از یک طرف به آن میگر وصل کرد و طرف دیگر کابل را بازگذاشت. اگر اتصال کوتاهی در خط نباشد میگر مقاومتی را نشان نمی دهد(مقدار بینهایت را نشان می دهد) ولی اگر اتصال کوتاهی در خط وجود داشته باشد میگر مقداری مقاومت نشان خواهد داد که بسته به فاصله سرکابل و محل عیب این مقاومت زیاد می شود.

 

برای تعیین محل عیب اتصال کوتاه باید دو سر کابل را بازکرد و از هر دو سر مقاومت را توسط میگر اندازه گرفت با استفاده از روابط زیر می توان فاصله محل اتصال کوتاه را از سر کابل تعیین کرد.

R1=k.lx

R2=k(l-lx)

lx=(R1/(R1+R2))l

 

2-اتصال زمین: برای تشخیص اتصال زمین باید هر کابل را جداگانه توسط میگر نسبت به زمین آزمایش کرد. اگر کابل از نقطه ای به زمین وصل شده باشد مقداری مقاومت نشان می دهد ولی اگر کابل اشکالی نداشته باشد میگر مقاومت بی نهایت را نشان خواهد داد.

 

برای تعیین محل عیب باید سرهای کابل به یک گالوانومتر یا میکروآمپرمتر حساس وصل کنیم

(سرهای AوB) و با وصل کردن یک مقاومت ثابت و یک مقاومت متغیر و وصل آنها به یک منبع مستقیم یک پل اندازه گیری بسازیم. دو انتهای کابل (سرهای CوD) نیز باید به یکدیگر متصل شوند. زمانی که گالوانومتر به حالت تعادل برسد(هیچ جریانی از آن عبور نکند) با استفاده از محاسبات زیر می توان فاصله محل عیب را تا سرکابل پیداکرد. برای به تعادل رسیدن گالوانومتر باید مقاومت متغیر را آنقدر تغییر داد تا هیچ جریانی از آن عبور نکند.

R1.Rx=R.R2

R1.klx=k(2×l-lx)R2

lx=(2×R2l)/(R1+R2)

 

3-پارگی: برای تشخیص پارگی در یک کابل بای انتهای سیم ها را به هم وصل کرد و با هم زمین کرد. بعد از سر دیگر به هر رشته به صورت جداگانه میگر وصل می کنیم و مقاومت بین آن سر و زمین را اندازه می گیریم. در صورت وجود پارگی میگر مقاومت بی نهایت را نشان خواهد داد.

 

برای تعیین محل پارگی بازهم باید یک پل اندازه گیری درست کنیم اما اینبار از یک منبع ولتاژ متناوب استفاده می کنیم تا بتوانیم با اندازه گیری خازن موجود در خط محل عیب را پیداکنیم. دستگاه اندازه گیری مورد نیاز نیز آمپرمتر A.Cخواهد بود. اگر پس از تنظیم مقاومت متغیر آمپرمتر هیچ جریانی را نشان نداد پل اندازه گیری به تعادل رسیده است و می توان با محاسبات زیر محل عیب را پیداکرد.

 

C1=k(l-lx)

C2=kl

Cx=klx

R1/Cx=R2/(C1+Cx)

R1/(klx)= R2/(k(2l-lx)

lx=2Rl/(R1+R2)

رضاکیانی موحد