Sistemas de Señal de Voltaje: Medición Precisa de Niveles de Tanques de Agua

El uso de voltaje variable para señales de instrumentación es un enfoque bien establecido. En el siguiente ejemplo, un sistema de transmisor e indicador basados en voltaje demuestra cómo los niveles de tanques de agua pueden monitorearse con precisión.

El transmisor alberga una fuente de voltaje de precisión regulada. Un flotador dentro del tanque se mueve con el nivel de agua, ajustando un potenciómetro que divide el voltaje de la fuente. El voltaje resultante se envía por un cable de dos conductores a un indicador —un voltímetro calibrado que traduce voltaje en altura física (pulgadas, pies, metros).

A medida que el tanque se llena o vacía, el movimiento del flotador cambia la posición del cursor del potenciómetro. Consecuentemente, la proporción del voltaje de fuente que llega al indicador varía, proporcionando una representación en tiempo real del nivel del tanque.

Si bien este arreglo transmisor/indicador es directo y fiable, tiene una limitación clave: la resistencia del cable. Incluso voltímetros ideales consumen una corriente minúscula, especialmente los medidores analógicos robustos usados en entornos industriales. Esta corriente, pasando a través de la resistencia inherente del cable, causa una caída de voltaje que puede reducir la señal vista en el indicador, introduciendo un error de medición.

Símbolos de resistencia ilustran este efecto en un sistema real. Para mitigar el error, puede usarse cable de calibre grueso (a costo extra) o un voltímetro de alta resistencia (balance nulo) en el indicador (a complejidad adicional).

A pesar de este inconveniente, las señales de voltaje siguen siendo populares por su simplicidad de diseño. Estándares comunes incluyen 0–10 V, donde 0 V iguala 0 % de medición, 10 V iguala 100 % y 5 V iguala 50 %. Muchos fabricantes suministran instrumentos que tanto emiten como aceptan este rango. Un rango de 1–5 V también es común, empleando un concepto de "cero vivo" que señala fallas de circuito.

Resumen:

• El voltaje DC puede servir como señal analógica para transmitir información entre ubicaciones.
• El principal inconveniente de la señalización por voltaje es la caída potencial a lo largo del cable, causada por resistencia y consumo de corriente del indicador, que crea error de medición entre fuente e indicador.