Principii fundamentale de măsurare

Pentru a măsura semnalele analogice, trebuie să cunoașteți sursa de semnal - legată la pământ sau flotantă. De asemenea, trebuie să luați în considerare sistemul de măsurare - diferențial, cu referință unică (RSE) sau fără referință unică (NRSE).
Sursa de semnal flotantă - Într-o sursă flotantă, semnalul de tensiune nu este conectat la nici o referință absolută sau la o masă comună, cum ar fi pământul sau masa clădirii. Sursele de semnal flotante sunt, de asemenea, numite surse de semnal nereferențiate. Unele exemple comune de surse de semnal flotante sunt bateriile, termocuplele, transformatoarele și amplificatoarele de izolare.
Sursa de semnal legată la masă - O sursă legată la masă este una în care semnalele de tensiune se referă la o masă a sistemului, cum ar fi pământul sau masa clădirii. Deoarece astfel de surse utilizează masa sistemului, ele împart un punct comun cu dispozitivul de măsurare. Cele mai frecvente exemple de surse împământate sunt dispozitivele care se cuplează la masa clădirii prin prizele de perete, cum ar fi generatoarele de semnale și sursele de alimentare.
Mod diferențial - Un sistem de măsurare diferențială nu are nici una din intrările sale legate de o referință fixă, cum ar fi solul sau masa clădirii. Un sistem de măsurare diferențială este similar cu o sursă de semnal flotantă în care măsurarea se face în raport cu o masă flotantă diferită de masa sistemului de măsurare. Conexiunile diferențiale pot necesita două terminale de intrare analogice pentru a realiza o conexiune de semnal, reducând numărul total de semnale pe care le puteți atașa la dispozitivul DAQ.
Modul cu referință unică - Un sistem de măsurare RSE (References Single-Ended) măsoară tensiunea în raport cu masa, AIGND din figură, care este conectat direct la masa sistemului de măsurare. Această opțiune permite, în mod obișnuit, mai multe conexiuni de semnal pe dispozitiv (până la 2X) decât în ​​modul diferențial.
Modul fără referință unică - Într-un sistem de măsurare NRSE, toate măsurătorile sunt încă efectuate cu privire la un sens de intrare analogică cu un singur nod (AISENSE), dar potențialul acestui nod poate varia în funcție de masa sistemului de măsurare. Această opțiune permite în mod obișnuit mai multe conexiuni de semnal pe dispozitiv (până la 2X) decât în ​​modul diferențial.
Modul Pseudodiferențial - Ca un canal de intrare diferențial, un sistem de măsurare pseudodiferențial expune ambele fețe pozitive și negative ale canalului. Conectați intrările pozitive și negative la ieșirile respective ale unității testate. Intrarea negativă este legată la masa sistemului printr-o impedanță relativ mică. Liniile pozitive și negative ale canalului de intrare sunt separate printr-o impedanță mai mare.
Următorul tabel oferă un rezumat independent de aplicații pentru conexiunile de intrare analogice.

Tabelul 1. Configurații de intrare analogică

Conectarea surselor de semnal flotante

O sursă de semnal flotantă nu este conectată la sistemul de masă al clădirii, ci are un punct de referință izolat de masă.

Când se utilizează conexiuni diferențiale cu surse de semnal flotante

Utilizați conexiuni de intrare diferențiale pentru orice canal care îndeplinește oricare dintre următoarele condiții:

• Semnalul de intrare este redus (mai puțin de 1 V).

• Conductoarele care conectează semnalul la dispozitiv sunt mai mari de 3 m (10 ft).

• Semnalul de intrare necesită un punct de referință la masă separat sau un semnal de întoarcere.

• Legăturile semnalului trec prin medii zgomotoase.

• Două canale de intrare analogice, AI+ și AI-, sunt disponibile pentru semnal.

Figura 1. Conexiuni diferențiale pentru surse flotante de semnal

Conexiunile diferențiale de semnal reduc captarea de zgomot și măresc rejecția zgomotului de mod-comun. Conexiunile de semnale diferențiale permit, de asemenea, ca semnalele de intrare să floteze în limitele modului comun al amplificatorului de instrumentație de pe dispozitivul DAQ.

Când să utilizați conexiunile NRSE cu sursa de semnal flotantă

Utilizați conexiunile de intrare NRSE numai dacă semnalul de intrare îndeplinește următoarele condiții:

• Semnalul de intrare este ridicat (mai mare de 1 V).

• Conductoarele care conectează semnalul la dispozitiv sunt mai scurte de 3 m (10 ft).

Figura 2. Conexiuni NRSE pentru surse flotante de semnal

Conexiunile de intrare diferențiale sunt recomandate pentru o mai mare integritate a semnalului pentru orice semnal de intrare care nu îndeplinește condițiile anterioare. Dar, conexiunile diferențiale de intrare pot reduce numărul total de semnale pe care le puteți atașa la dispozitivul DAQ.

Cu acest tip de conexiune cu un singur capăt, amplificatorul de instrumentație rejectează atât zgomotul de mod-comun în semnal, cât și diferența de potențial de masă între sursa de semnal și masa dispozitivului.

Când să utilizați conexiunile RSE cu surse de semnal flotante

Utilizați conexiunile de intrare RSE numai dacă semnalul de intrare îndeplinește următoarele condiții:

• Semnalul de intrare poate partaja un punct de referință comun, AI GND, cu alte semnale care utilizează RSE.

• Semnalul de intrare este ridicat (mai mare de 1 V).

• Conductoarele care conectează semnalul la dispozitiv sunt mai scurte de 3 m (10 ft).

Figura 3. Conexiuni RSE pentru surse flotante de semnal

Conexiunile de intrare diferențiale sunt recomandate pentru o mai mare integritate a semnalului, pentru orice semnal de intrare care nu îndeplinește condițiile anterioare. Dar, conexiunile diferențiale de intrare pot reduce numărul total de semnale pe care le puteți atașa la dispozitivul DAQ.

Cu acest tip de conexiune cu un singur capăt, amplificatorul de instrumentație rejectează atât zgomotul de mod-comun în semnal, cât și diferența de potențial de masă între sursa de semnal și masa dispozitivului.

Conectarea surselor de semnal raportate la masă

O sursă de semnal raportată la masă este o sursă de semnal conectată la masa sistemului de clădiri. Diferența dintre potențialul de masă dintre două instrumente conectate la același sistem de putere al clădirii este de obicei între 1 mV și 100 mV, dar diferența poate fi mult mai mare dacă circuitele de distribuție a energiei sunt conectate necorespunzător. Dacă o sursă de semnal legată la masă este măsurată incorect, această diferență poate apărea ca eroare de măsurare. Urmați instrucțiunile de conectare pentru sursele de semnal cu împământare pentru a elimina această diferență de potențial de masă față de semnalul măsurat.

Când să utilizați conexiuni diferențiale cu surse de semnal raportate la masă

Utilizați conexiuni de intrare diferențiale pentru orice canal care îndeplinește oricare dintre următoarele condiții:

• Semnalul de intrare este redus (mai puțin de 1 V).

• Conductoarele care conectează semnalul la dispozitiv sunt mai lungi de 3 m (10 ft).

• Semnalul de intrare necesită un punct de referință sau un semnal de întoarcere separat.

• Legăturile semnalului trec prin medii zgomotoase.

• Sunt disponibile două canale de intrare analogice, AI + și AI-.

Figura 4. Conexiuni diferențiale pentru surse de semnal raportate la masă

Conexiunile diferențiale de semnal reduc captarea de zgomot și măresc rejecția zgomotului de mod-comun. Conexiunile de semnale diferențiale permit, de asemenea, ca semnalele de intrare să floteze în limitele modului-comun al amplificatorului de instrumentație de pe dispozitivul DAQ.

Când să utilizați conexiunile NRSE cu surse de semnal raportate la masă

Utilizați conexiunile de intrare NRSE numai dacă semnalul de intrare îndeplinește următoarele condiții:

• Semnalul de intrare este ridicat (mai mare de 1 V).

• Conductoarele care conectează semnalul la dispozitiv sunt mai scurte de 3 m (10 ft).

• Semnalul de intrare poate împărți un punct de referință comun cu alte semnale.

Figura 5. Conexiuni Single-Ended pentru sursele de semnal raportate la masă (configurația NRSE)

Conexiunile de intrare diferențiale sunt recomandate pentru o mai mare integritate a semnalului pentru orice semnal de intrare care nu îndeplinește condițiile anterioare. Cu toate acestea, conexiunile diferențiale de intrare pot reduce numărul total de semnale pe care le puteți atașa la dispozitivul DAQ.

Cu acest tip de conexiune cu un singur capăt, amplificatorul de instrumentație respinge atât zgomotul de mod comun în semnal, cât și diferența de potențial de la sol între sursa de semnal și masă.

Când să utilizați conexiunile RSE cu surse de semnal raportate la masă

Nu utilizați conexiuni RSE cu surse de semnal raportate la masă. Utilizați în schimb NRSE sau conexiuni diferențiale.

După cum se arată în celula din partea de jos, din dreapta din tabelul 1, poate exista o diferență de potențial între AI GND și masa senzorului. În modul RSE, această buclă de masă produce erori de măsurare.

Considerații privind cablarea în câmp

Zgomotul din mediul înconjurător poate afecta serios acuratețea de măsurare a dispozitivului dacă nu aveți grijă când rulați firele de semnal între sursele de semnal și dispozitiv.

În modurile single-ended, mai mult zgomot electrostatic și magnetic se cuplează în conexiunile semnalului decât în ​​configurații diferențiale. Cuplajul este rezultatul diferențelor în calea semnalului. Cuplajul magnetic este proporțional cu aria dintre cele două conductoare de semnal. Cuplajul electric este o funcție de cât de mult câmpul electric diferă între cele două conductoare. Cu acest tip de conexiune, amplificatorul de instrumentație rejectează atât zgomotul de mod-comun în semnal, cât și diferența de potențial de masă între sursa de semnal și masa dispozitivului.

Următoarele recomandări se aplică în special atunci când direcționați semnalele de intrare analogice către dispozitiv, deși ele se aplică, de asemenea, rutării de semnal în general. Minimizați captarea zgomotului și maximizați acuratețea măsurătorilor, luând următoarele măsuri de precauție:

• Utilizați conexiuni diferențiale de intrare analogice pentru a rejecta zgomotul de mod-comun.

• Utilizați fire perechi, ecranate individual, torsadate pentru a conecta semnalele AI la dispozitiv. Cu acest tip de fire, semnalele atașate canalelor de intrare pozitive și negative sunt răsucite împreună și apoi acoperite cu un ecran. Apoi conectați acest ecran numai într-un punct la masa sursei de semnal. Acest tip de conexiune este necesar pentru semnale care trec prin zone cu mari câmpuri magnetice sau interferențe electromagnetice mari.
  
  Consultați documentul intitulat Cablare în câmp și Noțiuni de zgomot pentru semnale analogice pentru mai multe informații.