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