4.Основы измерений

4.3.3.Возбуждение датчика

Системы кондиционирования сигналов могут вырабатывать возбуждающие воздействия, которые требуются для функционирования некоторых датчиков. Так, при измерении физических величин с помощью тензодатчиков и терморезисторов, необходимо подать внешнее напряжение или ток на измерительную схему, в которую включены датчики. Это напоминает радиоприемник, которому для приема и преобразования аудиосигналов нужен источник питания.

4.3.4. Развязка

Для обеспечения надежности применяется такая разновидность кондиционирования сигналов, как изоляция (развязка) выходных цепей датчика от компьютера. Источник сигнала нельзя подключать непосредственно к устройству сбора данных без какой-либо развязки, если контролируемый сигнал содержит большие выбросы напряжения, которые могут вывести из строя компьютер или опасны для оператора .

Изоляцию датчика от компьютера можно использовать, чтобы исключить влияние разности потенциалов в контурах заземления на результаты измерений с помощью устройства сбора данных. Если устройство сбора данных и источник сигнала заземлены не в одной и той же точке, может появиться паразитный контур заземления, который послужит причиной дополнительных погрешностей измерения. Большая разность потенциалов между точками заземления источника сигнала и устройства сбора данных может даже вывести из строя измерительную систему. Для устранения паразитных контуров заземления и повышения точности измерения сигнала используются модули кондиционирования SCXI с гальванической развязкой.

4.4.Измерительные системы

Измерительную систему необходимо сконфигурировать в соответствии с решаемыми задачами измерений и с учетом используемого оборудования.

4.4.1.Измерительные системы с дифференциальными входами

Измерительные системы с дифференциальными входами используются совместно с плавающими (незаземленными) источниками сигнала. Ни один из дифференциальных входов измерительной системы не соединен с общей шиной или заземлением здания. Примерами

4. Основы измерений

подобных систем являются портативные приборы с батарейным питанием и устройства сбора данных с инструментальными (измерительными) усилителями.

Типичное устройство производства National Instruments, в котором реализована 8-канальная измерительная система с дифференциальными входами, показано на рис. 4-5. Аналоговые мультиплексоры (MUX) в измерительных цепях позволяют увеличить количество измерительных каналов, при этом достаточно одного инструментального усилителя.

На рис. 4-5 вывод AIGND (заземление цепей аналогового ввода) является заземлением измерительной системы.

Рис. 4-5. Измерительная система с дифференциальными входами

Instrumentation amplifier – инструментальный усилитель

Синфазная помеха

Идеальная измерительная система с дифференциальными (симметричными) входами реагирует только на разность потенциалов между входами: положительным (неинвертирующим + ) и

4. Основы измерений

отрицательным (инвертирующим – ). Синфазная помеха (помеха общего вида) представляет собой некоторое напряжение относительно заземляющего проводника, создаваемое на обоих входах инструментального усилителя. Идеальная система с дифференциальными входами не измеряет синфазную составляющую входного напряжения, полностью подавляя ее. Подавление напряжения общего вида необходимо, поскольку помехи чаще всего наводятся на соединительные проводники, как синфазные напряжения.

Однако способность подавлять синфазное напряжение в измерительных системах с дифференциальными входами на практике ограничивается такими факторами, как допустимый диапазон синфазных напряжений и коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR – Common-Mode Rejection Ratio).

Напряжение синфазного сигнала

Диапазон синфазных напряжений ограничивается диапазоном допустимого напряжения на каждом входе относительно заземления измерительной системы. Нарушение данного ограничения не только приводит к появлению погрешности измерения, но может даже вывести из строя компоненты устройства сбора данных. Синфазное напряжение определяется по следующей формуле:

Vcm = æç V+ + V- ö÷ è 2 ø

где V+ и V- - соответственно напряжения на неинвертирующем и инвертирующем входе измерительной системы относительно ее заземления.

Коэффициент подавления синфазного сигнала

Коэффициент подавления синфазного сигнала характеризует способность измерительной системы подавлять помеху общего вида. Этот коэффициент является функцией частоты и обычно уменьшается с ее увеличением. Чем больше коэффициент CMRR, тем лучше усилитель может выделять дифференциальную составляющую из сигнала, содержащего синфазную помеху. Коэффициент подавления синфазного сигнала можно оптимизировать с помощью схем симметрирования. Для большинства устройств сбора данных указывают коэффициент подавления синфазного сигнала на частотах до 60 Гц (частоты питающей сети). Коэффициент подавления синфазного сигнала в децибелах (dB) определяется по формуле: