Potrzeba mierzenia różnorakich parametrów i kontrolowania procesów jest tak stara jak rewolucja przemysłowa. Automatyzacja w nowoczesnych fabrykach byłaby niemożliwa bez precyzyjnych pomiarów i sterowania. Kondycjonowanie sygnałów jest najważniejszym elementem systemu gromadzenia danych. Bez kondycjonowania mierzonych sygnałów nie można polegać na dokładności pomiaru.
Sygnały wymagają odpowiedniego przygotowania, zanim system gromadzenia danych (DAQ) mógłby uzyskać wartościowe i dokładne pomiary. Przygotowanie sygnałów, w zależności od mierzonej wartości, może obejmować: wzmocnienie lub tłumienie, uzupełnienie mostka, kompensację zimnego złącza, wzbudzenie, filtrowanie, izolowanie oraz linearyzację.
Wzmocnienie sygnału stosuje się, aby lepiej dopasować poziom napięcia do zakresu wejściowego przetwornika analogowo-cyfrowego w przypadku, gdy napięcie wyjściowe czujnika lub przetwornika jest zbyt małe. W przypadku pomiarów wysokonapięciowych, tj. przekraczających 10 V mamy odwrotną sytuację - konieczne jest tłumienie sygnału. Uzupełnienie mostka jest potrzebne jeżeli stosujemy układ ćwierć- lub półmostka aby utworzyć czterorezystancyjny układ mostka Wheatstone’a.
Rezystory są wykorzystywane do wykrywania małych zmian napięcia w aktywnym czujniku przez dostarczenie punktu odniesienia. Kompensacja zimnego złącza (CJC, Cold-Junction Compensation) jest wymagana w celu zapewnienia dokładnych pomiarów temperatury za pomocą termopar. W czujniku termoparowym stosowane są dwa przewodniki złączone na końcu w miejscu pomiaru temperatury. Mierzone jest napięcie wyjściowe termopary, aby zapewnić wysoką dokładność, w miejscu pomiaru napięcia (w kondycjonerze) musi być również mierzona temperatura w celu przeprowadzenia odpowiedniej korekcji.
Czujniki tensometryczne, akcelerometry, termistory i czujniki RTD wymagają wzbudzenia napięciowego lub prądowego, aby wygenerować sygnał pomiarowy. Czujniki tensometryczne mają zazwyczaj bardzo niską oporność i są stosowane w konfiguracji mostka Wheatstone z pobudzeniem napięciowym. Wzmacniacze stosowane w akcelerometrach wymagają pobudzenia prądowego. Termistory oraz czujniki RTD również wymagają źródła prądowego, aby przekształcić oporność na mierzalne napięcie. Zakłócenia mogą wpływać na sygnały pomiarowe.
Filtrowanie pozwala na eliminację zakłóceń w pewnym zakresie częstotliwości. Niezwykle istotna w procesie kondycjonowania sygnału jest odpowiednia izolacja. Pozwala ona zarówno na eliminację niektórych zakłóceń (np. eliminuje pętlę uziemienia), jak również chroni system akwizycji danych, zabezpieczając go przed zbyt dużym napięciem. W przypadkach gdy mierzymy wartość fizyczną, która nie zmienia się liniowo, stosuje się linearyzację - może ona być zaimplementowana w kondycjonerze lub w oprogramowaniu pomiarowym.
Dataforth ma bardzo bogatą ofertę kondycjonerów sygnałów, łącznie ponad 800 modeli. Dostępne są kondycjonery przeznaczone do pomiaru napięcia, prądu, wartości skutecznej prądu lub napięcia, pomiarów temperatury za pomocą czujników RTD lub termopar, pomiarów tensometrycznych oraz częstotliwości. Wyjście może być prądowe lub napięciowe. Dataforth oferuje również moduły z wyjściami napięciowymi lub prądowymi ze sterowaniem napięciowym lub prądowym.
Wyróżnić można dwa formaty mechaniczne - moduły montowane w panelu oraz moduły montowane na szynę DIN. Pierwszą grupę reprezentują serie 5B, 7B oraz 8B. Moduły te mają hermetyczne obudowy, sygnały są wyprowadzone na złączach szpilkowych. Moduły montuje się w przeznaczonych do tego celu panelach. Panele, w zależności od modelu, umożliwiają zamontowanie od jednego modułu kondycjonującego do szesnastu.
Druga grupa to moduły montowane na szynę DIN. Moduły kondycjonujące należące do tej serii są samodzielnymi, jednokanałowymi kondycjonerami. W tej grupie dostępne są serie DSCA oraz DSCT. Seria DSCA to kondycjonery oferujące bardzo szeroki wybór czujników czy przetworników, jakie możemy do nich podłączyć. Seria DSCT to przetworniki pracujące w pętli prądowej i z niej zasilane.
Efektywne mierzenie i kontrola procesów przemysłowych jest podstawą przemysłowej akwizycji danych. Szeroki wybór kondycjonerów Dataforth pozwala na przetworzenie sygnałów mierzonych przez różnorakie czujniki i przetworniki w stabilny sygnał napięciowy lub prądowy, który łatwo zmierzyć i przetworzyć. Rozwiązania zastosowane przez producenta zapewniają wysoką dokładność mierzonych parametrów oraz bezpieczeństwo systemu akwizycji danych.
Cezary Ziółkowski
Elmark Automatyka Sp. z o.o.
www.elmark.com.pl
