Q：在对工业系统进行仪表化时，我最有可能遇到什么问题?

答：我们的输入/输出子系统(IOS)部门的客户最常报告的五类问题是:

1. 地面循环

接地回路是仪器工程师和技术人员的祸根。它们会导致大量的时间浪费在排除模糊和难以诊断的测量问题上。这些症状听起来熟悉吗?

• 即使你知道传感器没有变化，它也会慢慢漂移。

• 当另一件设备被打开时，Re会发生变化。

• 当校准装置连接在仪器电缆的末端而不是直接连接在输入端时，测量结果会有所不同。

• 一个60赫兹的正弦波叠加在直流测量输入上。

• 有无法解释的测量设备故障。

这些问题中的任何一个都可能是由接地回路引起的——电流通过“接地”、“公共”和“参考”路径的无意流动，这些路径连接到名义上相同电位的点。所有这些问题都可以通过隔离来消除，隔离是我们所有信号调理系列中提供的关键信号调理属性。

有时两个设备分开接地会产生电位差，导致电流流过信号线。如果他们都被禁足了，为什么会发生这种事?因为与传输电力和信号的铜线相比，地球和金属结构实际上是相对较差的导电体。这种固有的电流阻力随着天气和一年中的时间而变化，并导致电流流过连接两个设备的任何电线。许多工厂和厂房都有几十伏或几百伏的电势。通过电气隔离设备，适当的信号调理消除了接地回路的可能性。信号调节也将保护设备，在进入敏感的测量系统之前，拒绝潜在的破坏性电压水平。

隔离提供了一个完全浮动的输入和输出端口，在那里没有从场输入到输出和电源的电气路径。因此，没有电流流动的路径，也没有接地回路的可能性。

Q：这怎么可能呢?我们如何提供信号从输入到输出的路径，而没有电流流动的路径?

答：这是通过磁隔离完成的。信号的表示法通过变压器，从而产生磁连接而不是电连接。我们已经完善了变压器的使用，以实现准确，可靠的低电平信号隔离。这种方法采用调制器和解调器传输信号跨越变压器屏障，并可以实现2500伏交流的隔离水平。

最常遇到的应用问题之一涉及测量低电平传感器，如热电偶，在高达数百伏的地电位存在下。这个电位被称为共模电压。高质量信号调节器抑制共模电压引起的误差，同时仍然准确放大低电平信号的能力被称为共模抑制(CMR)。我们的5B、6B和7B系列信号调理子系统提供了足够的共模抑制，将这些误差的影响减少了1亿倍!

2. 接线错误和过电压

您知道，当从敏感数据采集板发出的电缆被路由到另一个机柜或建筑物的另一部分时会发生什么——输入和输出接线端子被分组在数百个其他终端中，这些终端携带不同的信号和电平:直流信号、交流信号、毫伏、热电偶、直流电源、交流电源、接近开关、继电器电路等。即使是训练有素的技术人员或电工也不难想象将电线连接到错误的端子上。当系统需要更改时，接线图经常用红笔实时更新。设备被“等价物”取代。有时电源故障，不经意间施加了多余的电压。你能做些什么来保护你的测量系统?

答案在于在每个信号引线上使用坚固的信号调理。这种廉价的保险政策提供了防止每条输入和输出信号线上的错误接线和过电压的保护。例如，使用5B系列信号调节器将提供240vac的保护，即使在用于测量敏感热电偶信号的输入线上，电平在毫伏范围内。您可以在用于测量热电偶的相同输入线上连接240-VAC线路，而不会损坏。使用信号调节与现场I/O接口将保护系统侧的所有测量和数据采集设备。

3.分辨率丧失

分辨率是数字转换器(ADC)系统能够检测和响应的最小测量变化。例如，如果温度从100.00°到100.29°到100.58°，则随着实际温度在此范围内逐渐升高，分辨率(最低有效位值)为0.29°。如果您有一个测量热电偶范围为0°至+1200°的信号调节器和一个12位ADC，则会发生这种情况。有两种方法可以改善这一点(使分辨率更小)并检测较小的变化-使用更高分辨率的ADC或使用较小的测量范围。

例如，我们6B系列中使用的15位加号ADC在0到1200°范围内的分辨率为0.037°，小了8倍!另一方面，如果您知道大多数时间温度将在100°附近，则可以从Devices订购具有定制范围的热电偶信号调节器，并根据精确的热电偶类型和温度测量范围进行校准。例如，一个范围为+50°至+150°的定制量程信号调节器将提供0.024°的分辨率，并配备12位ADC，这比0至1200°范围有了很大的改进。

4. 多个信号并不都具有相同的属性

这可能对传统的工业测量方法构成相当大的挑战，其中4、8甚至16个通道专门用于接口到相同的信号类型。例如，假设您需要测量两个J热电偶，一个0至+10 V信号，四个4-20 mA信号和两个铂rtd(电阻热器件)。您可以为每个通道购买单独的发射器，然后将它们全部连接到一个普通的4- 20ma输入板上，或者使用来自Devices的信号调理解决方案，该解决方案按通道配置，但也集成到一个简单的背板子系统中。

这些子系统包括输入、输出和现场布线的所有连接，以及直流电源的简单连接。它们提供多种输出选项:0至+5 V, 0至+10 V, 4-20 mA和RS-232/485等等!输入和输出模块在每个通道的基础上是混合和匹配兼容的，并且可热插拔，以实现最大的灵活性。

5. 电子干扰

今天的工业工厂和工厂包含各种干扰源:发动机和马达，荧光灯，双向电源，发电机等。它们中的每一个都可以释放电磁噪声，这些电磁噪声可以通过电线、电路板和测量模块拾取。即使采用最好的屏蔽和接地措施，这种干扰也会在信号测量中显示为噪声。如何才能消除这种情况?通过在信号调理子系统中提供高噪声抑制。

通过选择具有良好的共模和法向模抑制能力的信号调理子系统，可以消除低频噪声。当测量正负输入相对于类似地的公共点时，可以看到正负输入上存在的共模噪声。正模噪声是用正负输入之间的差来测量的。我们的信号调理子系统的典型共模抑制规格为160 dB。这种对数尺度测量意味着任何共模电压噪声的影响相对于信号减少了1.08倍，即1亿比1!

r ~ 0频段的高频噪声会由于整流引起直流偏置。它需要其他方法，包括仔细的电路布局和使用RFI滤波器，如铁氧体珠。性能指标表明我们符合欧洲共同体CE标志要求推广的电磁磁化率EN认证。这一点很重要的典型应用是在距离输入布线和信号调理子系统几英尺的范围内使用双向r o。有必要在发射时抑制测量误差。良好的面板布局实践和信号调理的使用将确保在这些嘈杂的环境中获得最佳的精度。

结论

Q：有哪些好的安装和布线方法？

答：这里有一些建议。你可能也想看看“设计工具”和设备的书，实用设计技术可以在网上免费出售的硬拷贝。

• 避免安装敏感的测量设备，或携带低电平信号的电线，靠近电气和磁噪声源，如断路器、变压器、电机、可控硅驱动器、焊机、荧光灯控制器或继电器。

• 使用双绞线布线以减少磁噪声。每英尺要扭10到12下。

• 使用屏蔽电缆，其屏蔽层仅连接到输入端的公共电路。

• 千万不要将承载信号的导线与电源线、继电器触点引线或其他高电压或高电流的导线在同一管道中运行。

• 在极高干扰环境中，应将信号调理和测量设备安装在接地封闭的金属柜内。