Спецификации на развязывающие устройства

Производители устройств гальванической развязки по-разному нормируют их характеристики. Некоторые производители приводят спецификации только в виде числа, не указывая, что это такое: уровень сигнала или выбросы. Без этой информации и четкого понимания, что поступает на линии ввода-вывода, вы можете вывести из строя измерительную систему, и есть вероятность, что операторы, которые с ней работают, получат поражение электрическим током. Такими организациями как Underwriters Laboratories (UL) и International Electrotechnical Commission (IEC), наносят знаки соответствия нормам безопасности измерительной аппаратуры по высокому напряжению. Изделия, на которые нанесены такие знаки, подвергаются испытаниям, в некоторых случаях, самими этими организациями. Цель испытаний – подтверждение соответствия изделий спецификациям на них.

Помимо проверки наличия знака соответствия от одной из указанных организаций самый безопасный способ определить характеристики развязки системы согласования сигналов – узнать две основные характеристики: номинальное рабочее напряжение и нормы по монтажу.

Номинальное рабочее напряжение

Номинальное рабочее напряжение – максимальное напряжение, которое можно подавать постоянно на входные клеммы при нормальных условиях эксплуатации. Эта характеристика приводится относительно общей шины заземления и включает в себя как уровень сигнала, так и любое синфазное напряжение, связанное с этим сигналом.

Нормы по монтажу

По определению нормы монтажа описывают места расположения, где можно работать с конкретным средством измерений, исходя из возможных выбросов напряжения. В самом общем случае указываются возможные выбросы сигнала, которые средство измерений может выдержать.

Как показано на рис. 7-7, нормы монтажа и условия эксплуатации расписаны по категориям с первой (I) по четвертую (IV).

Рисунок 7-7. Нормы монтажа и условий эксплуатации (I – IV)

Transmission Lines – линии электропередач (ЛЭП), Transformer – трансформатор, Fuse Panel – панель с плавкими предохранителями, Outlet – розетка, Isolating Device – развязывающее устройство

В зависимости от расположения средств измерений относительно системы электроснабжения требования к монтажу изменяются. Ближе к электростанции требования жестче, а по мере удаления от линий электропередач требования смягчаются. При понижении напряжения питания уменьшаются возможные перенапряжения в системе. Чем ближе вы находитесь к источнику, тем больше ожидаемые выбросы напряжения. В зависимости от местоположения измерительной системы необходимо предпринять некоторые меры предосторожности, чтобы защитить систему от потенциально опасных перенапряжений, которые имеют место в системе электроснабжения. Организация IEC (МЭК – Международная электротехническая комиссия) ввела классификацию электрических схем по следующим четырем категориям безопасности в зависимости уровней перенапряжения:

• IV – распределительное оборудование: генераторы, подстанции, трансформаторы.

• III – стационарное оборудование. Оборудование, постоянно подключенное к распределительной сети, например, кондиционеры воздуха и печи.

• II – оборудование, потребляющее энергию от стационарной системы питания, в том числе дрели, телевизоры, радиоприемники и компьютеры.

• I – оборудование для присоединения электрических схем, где по проекту достаточно строго ограничены перенапряжения из-за перепадов напряжений. К такому оборудованию относятся, например, низковольтные источники питания.

Развязка обеспечивает защиту пользователя и его оборудования от высоких напряжений и больших выбросов напряжений (перенапряжений). Наличие развязки является крайне желательным свойством оборудования.

Все развязывающие SCXI модули производства National Instruments имеют сдвоенную развязку, рассчитанную на непрерывное рабочее среднеквадратическое напряжение 250 В. Кроме того, эти модули испытываются напряжением 2300 В, которое от источника подается на входные клеммы в течение минуты, чтобы гарантировать, что модуль не выйдет из строя из-за слишком больших бросков напряжения. SCXI модули с развязкой строго соответствуют спецификации IEC-1010 на установки категории II.

За более подробной информацией по категориям безопасности обратитесь к следующим документам:

• IEC 664-1 – руководство по монтажу оборудования в низковольтных системах

• IEC 1010-1 – требования безопасности для электрического оборудования, предназначенного для измерений, управления и лабораторного применения.

D. Измерения температуры

Датчики преобразуют неэлектрические величины, например, температуру, в электрические величины, например, напряжение или сопротивление. Характеристики датчика определяют многие требования к устройствам согласования сигналов систем сбора данных.

Термопары

Одним из наиболее часто используемых измерительных преобразователей температуры является термопара. Термопары характеризуются высокой прочностью и невысокой ценой и, кроме того, могут работать в широком температурном диапазоне. Термопара образуется при соединении двух различных металлов. В этом случае формируется небольшая ЭДС, как функция разности температур этих металлов. ЭДС термопары называется напряжением Зеебека в честь Томаса Зеебека, который открыл этот эффект в 1821 году. ЭДС на выходе термопары нелинейно зависит от температуры. Однако для малых изменений температуры это напряжение можно приближенно считать линейным:

,

где - изменение напряжения, - коэффициент Зеебека, - изменение температуры.

Из-за того, что величина изменяется при изменении температуры, выходные ЭДС нелинейно зависят от температуры в рабочих диапазонах термопар. Некоторые типы термопар имеют маркировку заглавными латинскими буквами, которая обозначает их состав в соответствии с соглашениями, принятыми институтом ANSI (American National Standards Institute). Например, у термопары J-типа один из проводников сделан из железа, а другой – из константана (сплава меди и никеля).

Сигналы с термопар можно измерять с помощью различных компьютерных измерительных систем. При этом нужно учитывать некоторые специальные требования по согласованию сигналов.