انواع سیگنال ابزار دقیق؛ از آنالوگ تا دیجیتال

تصور کنید در قلب یک کارخانه بزرگ صنعتی ایستاده‌اید؛ جایی که صدها سنسور و تجهیز دقیق، لحظه‌به‌لحظه اطلاعاتی مانند دما، فشار، سطح یا جریان را اندازه‌گیری و ارسال می‌کنند. اما سؤال اصلی این است: این اطلاعات چگونه از یک سنسور به کنترلر یا مانیتور منتقل می‌شود؟ پاسخ این سؤال، در مفهومی کلیدی به نام سیگنال ابزار دقیق نهفته است.

در این میان، وجود سیگنال‌های استاندارد ابزار دقیق نقش مهمی در دقت، پایداری و هماهنگی بین تجهیزات دارد. در این مقاله با زبانی ساده اما تخصصی، شما را با انواع سیگنال ابزار دقیق آشنا می‌کنیم و کاربرد هر نوع سیگنال را در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل صنعتی بررسی خواهیم کرد. 

هنگام خرید تجهیزات اتوماسیون صنعتی، می‌توانید قیمت آنها را از آمازون ابزار استعلام کنید.

سیگنال ابزار دقیق 

در سیستم‌های کنترل و اندازه‌گیری صنعتی، سیگنال ابزار دقیق نقش حیاتی در انتقال اطلاعات بین تجهیزات مختلف دارد. سیگنال‌ها به زبان ساده، واسطه‌ای هستند که داده‌ها را از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌کنند؛ برای مثال از یک سنسور به کنترلر یا از کنترلر به نمایشگر.

در ابزار دقیق، سیگنال‌ها به صورت آنالوگ یا دیجیتال تعریف می‌شوند و بسته به نوع سیستم، شرایط محیطی و نوع تجهیزات، انتخاب نوع سیگنال اهمیت زیادی دارد. سیگنال‌ها معمولاً مقادیر فیزیکی مانند فشار، دما، جریان یا سطح را به شکل الکتریکی منتقل می‌کنند تا سیستم بتواند آن‌ها را پردازش کند.

در واقع، سیگنال‌های ابزار دقیق همان زبان ارتباطی میان تجهیزات صنعتی هستند که عملکرد دقیق، ایمن و قابل اطمینانی را برای سیستم فراهم می‌کنند. شناخت انواع سیگنال و کاربرد هرکدام، اولین گام در طراحی یا عیب‌یابی سیستم‌های ابزار دقیق است.

کاربرد سیگنال ابزار دقیق در صنایع مختلف

از کاربرد سیگنال ابزار دقیق می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پایش فرآیندهای تولید در صنایع پتروشیمی و نفت و گاز
• کنترل دما، فشار یا سطح در تجهیزات کارخانه‌ها
• ارسال اطلاعات به سیستم‌های کنترل مرکزی (DCS/PLC)

 انواع سیگنال ابزار دقیق

در سیستم‌های ابزار دقیق، سیگنال‌ها انواع مختلفی دارند که بسته به نوع کاربرد و شرایط محیطی، انتخاب می‌شوند. به‌طور کلی، سیگنال‌های ابزار دقیق به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: سیگنال‌های آنالوگ و سیگنال‌های دیجیتال. هر یک از این سیگنال‌ها ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند و در موقعیت‌های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیگنال آنالوگ (Analog Signal)

سیگنال آنالوگ یک سیگنال پیوسته است که مقدار آن می‌تواند در یک بازه مشخص تغییر کند. این نوع سیگنال‌ها معمولاً برای نمایش تغییرات تدریجی مقادیر فیزیکی مانند دما، فشار یا سطح مایع استفاده می‌شوند.

سیگنال دیجیتال (Digital Signal)

در مقابل، سیگنال دیجیتال به صورت گسسته یا دودویی (0 و 1) عمل می‌کند. این نوع سیگنال بیشتر در سیستم‌های مدرن و مبتنی بر کنترل الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

لزوم شناخت انواع سیگنال ابزار دقیق 

• انتخاب صحیح سیگنال، دقت و عملکرد سیستم ابزار دقیق را بهبود می‌دهد.
• برخی سیگنال‌ها مقاومت بالاتری در برابر نویز دارند.
• درک نوع سیگنال به انتخاب تجهیزات مناسب مانند ترانسمیتر، مبدل و کنترلر کمک می‌کند.
• استانداردسازی سیگنال‌ها موجب سهولت در طراحی و تعمیر سیستم‌ها می‌شود.

دسته‌بندی کلی انواع سیگنال ابزار دقیق

 سیگنال آنالوگ ابزار دقیق 

سیگنال آنالوگ ابزار دقیق یکی از پرکاربردترین انواع سیگنال‌ها در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل صنعتی است. این نوع سیگنال، نمایشی پیوسته از یک کمیت فیزیکی است که مقدار آن می‌تواند در یک بازه مشخص به‌صورت تدریجی تغییر کند.

به‌عبارت ساده‌تر، وقتی یک سنسور یا ترانسمیتر مقدار دما، فشار، جریان یا سطح مایع را اندازه‌گیری می‌کند، خروجی آن را به شکل یک سیگنال آنالوگ الکتریکی مانند ولتاژ یا جریان منتقل می‌کند.

رایج‌ترین انواع سیگنال آنالوگ ابزار دقیق

سیگنال 4-20 میلی آمپر 

سیگنال 4-20 میلی آمپر به‌دلیل مزایای فراوانی که دارد، به‌عنوان استاندارد جهانی در ابزار دقیق صنعتی شناخته می‌شود. مقدار 4mA به‌عنوان مقدار صفر در نظر گرفته می‌شود تا در صورت قطع سیم یا خطا، مقدار جریان به زیر 4mA برسد و کنترلر بتواند سریعاً خطا را تشخیص دهد.

در جدول زیر مزایا و معایب سیگنال آنالوگ را بررسی کرده ایم.

سیگنال دیجیتال ابزار دقیق 

سیگنال دیجیتال ابزار دقیق نوعی سیگنال الکتریکی است که فقط دو حالت مشخص دارد: روشن (1) یا خاموش (0). برخلاف سیگنال آنالوگ که مقادیر پیوسته را انتقال می‌دهد، سیگنال دیجیتال تنها وجود یا عدم وجود یک وضعیت خاص را نشان می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود این نوع سیگنال در بسیاری از سیستم‌های کنترلی و اتوماسیون صنعتی کاربرد فراوانی داشته باشد.

در سیستم‌های مدرن، سیگنال دیجیتال ابزار دقیق به شکل پالس، داده باینری یا حتی پروتکل‌های ارتباطی پیچیده بین تجهیزات ظاهر می‌شود.

انواع سیگنال دیجیتال در ابزار دقیق

مزایای سیگنال دیجیتال

• دقت بالا در انتقال اطلاعات
• مقاوم در برابر نویزهای محیطی
• قابلیت انتقال حجم بالای داده
• امکان ارسال همزمان چندین پارامتر در یک سیگنال (در سیستم‌های هوشمند)

معایب سیگنال دیجیتال

• پیچیدگی بیشتر در طراحی و راه‌اندازی
• نیاز به تجهیزات پشتیبان مانند مبدل‌ها یا ماژول‌های ارتباطی
• وابستگی به پروتکل‌ها و سازگاری تجهیزات

کاربردهای رایج سیگنال دیجیتال ابزار دقیق

• سنسورهای سوئیچی (سنسور نوری، القایی، خازنی)
• ارتباط بین PLC و ترانسمیترهای هوشمند
• سیستم‌های مانیتورینگ پیشرفته در صنایع نفت، گاز، نیروگاهی و غذایی

 سیگنال  استاندارد ابزار دقیق

در دنیای ابزار دقیق، استفاده از سیگنال‌های استاندارد نه‌تنها باعث افزایش دقت و اطمینان در انتقال داده‌ها می‌شود، بلکه هماهنگی بین تجهیزات مختلف از برندها و مدل‌های گوناگون را نیز تسهیل می‌کند. سیگنال‌های استاندارد، مقادیر مشخصی از جریان یا ولتاژ هستند که به عنوان مرجع صنعتی جهانی شناخته می‌شوند.

استفاده از سیگنال‌های استاندارد ابزار دقیق، نه‌تنها باعث سهولت در طراحی و کاهش خطاها می‌شود، بلکه موجب هماهنگی بهتر بین تجهیزات مختلف مانند ترانسمیتر، مبدل‌ها و حتی ترانسپوندرها نیز می‌گردد. اگر نمی‌دانید ترانسپوندر چیست و چه نقشی در این سیستم‌ها ایفا می‌کند، بهتر است مقاله مربوط به آن در وبلاگ آمازون ابزار مطالعه نمایید.

مهم‌ترین سیگنال‌های استاندارد ابزار دقیق:

مقایسه سریع سیگنال جریانی و ولتاژی

 سیگنال‌های استاندارد ابزار دقیق

در دنیای ابزار دقیق، استفاده از سیگنال‌های استاندارد نه‌تنها باعث افزایش دقت و اطمینان در انتقال داده‌ها می‌شود، بلکه هماهنگی بین تجهیزات مختلف از برندها و مدل‌های گوناگون را نیز تسهیل می‌کند. سیگنال‌های استاندارد، مقادیر مشخصی از جریان یا ولتاژ هستند که به عنوان مرجع صنعتی جهانی شناخته می‌شوند.

مهم‌ترین سیگنال‌های استاندارد ابزار دقیق:

سیگنال 4-20mA، استاندارد جهانی 

یکی از پرکاربردترین و قابل اعتمادترین سیگنال‌های ابزار دقیق در صنعت، سیگنال جریانی 4-20 میلی‌آمپر (4-20mA) است که به‌عنوان سیگنال استاندارد ابزار دقیق ، در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل شناخته می‌شود. 

این نوع سیگنال به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، جایگاه ویژه‌ای در طراحی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی دارد. از جمله مزایای مهم آن می‌توان به نویز پذیری پایین اشاره کرد؛ برخلاف سیگنال‌های ولتاژی که در طول مسیر دچار افت ولتاژ می‌شوند، سیگنال 4-20mA بدون تغییر مقدار جریان، از مسیرهای طولانی عبور می‌کند.

 همچنین یکی از نقاط قوت این سیگنال، قابلیت تشخیص خطا و قطعی سیم است؛ به‌گونه‌ای که اگر جریان کمتر از 4 میلی‌آمپر باشد، سیستم فوراً وجود مشکل را تشخیص می‌دهد. این ویژگی در افزایش ایمنی و پایداری سیستم‌های ابزار دقیق نقش مهمی ایفا می‌کند. علاوه بر این، سیگنال 4-20mA بدون نیاز به تقویت‌کننده یا تجهیزات خاص، در فواصل طولانی قابل انتقال است و با انواع تجهیزات صنعتی و کنترلری مانند PLC، DCS، ترانسمیتر و نمایشگرهای صنعتی به‌راحتی سازگار می‌شود. 

به همین دلیل، سیگنال 4-20 میلی‌آمپر به‌عنوان انتخاب اول مهندسان ابزار دقیق در طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های کنترلی شناخته می‌شود.

مقایسه سیگنال جریانی و ولتاژی

 نتیجه‌گیری

در این مقاله از آمازون ابزار با انواع سیگنال ابزار دقیق و تفاوت‌های مهم بین سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال آشنا شدیم. انتخاب نوع سیگنال مناسب نقش کلیدی در دقت، پایداری و عملکرد سیستم‌های ابزار دقیق دارد. سیگنال‌های آنالوگ مانند 4-20mA و 0-10V برای اندازه‌گیری پیوسته پارامترهای فیزیکی مانند دما، فشار و سطح استفاده می‌شوند، در حالی که سیگنال‌های دیجیتال برای ارسال اطلاعات گسسته یا ارتباطات سریال با تجهیزات هوشمند به‌کار می‌روند.

همچنین فهمیدیم که سیگنال 4-20mA به عنوان یک استاندارد جهانی در ابزار دقیق شناخته می‌شود؛ زیرا نویزپذیری کمی دارد، امکان تشخیص خطا را فراهم می‌کند و برای مسافت‌های طولانی بسیار مناسب است. در کنار این موارد، مبدل‌های سیگنال ابزار دقیق نیز نقش مهمی در تبدیل، انتقال و پردازش سیگنال‌ها دارند.

در نهایت، آشنایی با سیگنال‌های استاندارد ابزار دقیق، انتخاب تجهیزات مناسب و شناخت کاربردها می‌تواند به افزایش بهره‌وری و کاهش خطاهای سیستم‌های صنعتی کمک زیادی کند.

 سوالات متداول (FAQ)

1. تفاوت سیگنال آنالوگ و دیجیتال در ابزار دقیق چیست؟
سیگنال آنالوگ پیوسته است و مقادیر فیزیکی را به صورت تغییرات جریان یا ولتاژ منتقل می‌کند، در حالی که سیگنال دیجیتال فقط دو حالت 0 و 1 دارد و اطلاعات را به صورت گسسته ارسال می‌کند.

2. چرا سیگنال 4-20 میلی آمپر در صنعت محبوب است؟
زیرا مقاوم در برابر نویز است، در فواصل طولانی افت کیفیت ندارد، امکان تشخیص قطع شدن سیم را فراهم می‌کند و با اکثر تجهیزات صنعتی سازگار است.

3. تفاوت سیگنال 4-20mA و 0-10V چیست؟
 سیگنال 4-20mA برای فواصل طولانی و محیط‌های صنعتی پر نویز مناسب‌تر است، در حالی که سیگنال ولتاژی بیشتر برای فواصل کوتاه و سیستم‌های ساده استفاده می‌شود.