Napięcie wyjściowe przetwornika ciśnienia przyjmuje wartość z przedziału od 0 V do 10 V dla ciśnienia z przedziału od 0 kPa do 600 kPa. Jaka będzie wartość napięcia wyjściowego, przy liniowej charakterystyce przetwornika, dla ciśnienia równego 450 kPa?
W tym zadaniu trzeba potraktować przetwornik ciśnienia jak element o liniowej charakterystyce statycznej. Skoro 0 kPa odpowiada 0 V, a 600 kPa odpowiada 10 V, to napięcie rośnie proporcjonalnie do ciśnienia. Ciśnienie 450 kPa stanowi 450 / 600 = 0,75 zakresu pomiarowego, czyli 75% pełnej skali. Tyle samo procent zakresu powinno mieć napięcie wyjściowe: 75% z 10 V daje 7,5 V. Można to też zapisać wzorem $U=U_{\min}+\frac{p-p_{\min}}{p_{\max}-p_{\min}}\cdot(U_{\max}-U_{\min})$, więc po podstawieniu wychodzi 7,5 V. W praktyce tak analizuje się sygnały z czujników podłączonych do wejść analogowych sterowników PLC, modułów pomiarowych albo rejestratorów danych. Moim zdaniem to jedno z tych obliczeń, które warto robić automatycznie w głowie, bo często pojawia się przy diagnostyce: jeśli manometr pokazuje około 450 kPa, a na wejściu analogowym widzisz mniej więcej 7,5 V, to tor pomiarowy wygląda sensownie. Dobra praktyka branżowa mówi też, żeby zawsze sprawdzić zakres czujnika, jednostki oraz to, czy sygnał ma przesunięcie zera, np. 0–10 V, 2–10 V albo 4–20 mA. Tutaj przesunięcia nie ma, więc obliczenie jest proste i wynik 7,5 V jest zgodny z charakterystyką przetwornika.
W tym przykładzie najczęstszy błąd polega na tym, że ktoś nie patrzy na proporcję całego zakresu pomiarowego, tylko próbuje dopasować odpowiedź na oko. Przetwornik ma zakres 0–600 kPa i 0–10 V, więc nie można przyjąć, że 450 kPa daje 4,5 V tylko dlatego, że liczba 450 kojarzy się z 4,5 po przesunięciu przecinka. To byłoby pomieszanie zapisu liczby z rzeczywistym skalowaniem sygnału. Napięcie 4,5 V odpowiadałoby 45% zakresu, czyli około 270 kPa, a nie 450 kPa. Z kolei 3,0 V oznacza tylko 30% pełnej skali, czyli 180 kPa. Taki wynik mógłby się pojawić, gdy ktoś błędnie uzna, że zakres ciśnienia trzeba dzielić przez jakąś stałą bez odniesienia do 10 V. Napięcie 10,0 V także nie pasuje, bo jest wartością maksymalną i powinno wystąpić dopiero przy 600 kPa, czyli przy końcu zakresu czujnika. Dla 450 kPa czujnik nie jest jeszcze na końcu skali, tylko na 75% zakresu. W automatyce i diagnostyce trzeba uważać właśnie na takie skróty myślowe. Najbezpieczniej jest policzyć udział mierzonej wartości w zakresie: 450 / 600 = 0,75, a potem ten udział przenieść na zakres napięcia 0–10 V. Wtedy wychodzi 7,5 V. Z mojego doświadczenia, przy uruchamianiu instalacji pneumatycznej czy hydraulicznej takie przeliczanie sygnałów analogowych jest bardzo praktyczne, bo pozwala szybko ocenić, czy czujnik, przewody i wejście analogowe sterownika pracują poprawnie.