аналоговые и цифровые сигналы

двигатели и другие механизмы

заземление измерительных цепей - сигнальная "земля"

заземление силовых цепей

J общее заземление Рис. 4.25. Общее .заземление для ра.зличных компонентов системы

Практическое правило для кабелей, по которым передаются аналоговые сигналы, - заземление должно быть как можно ближе к источнику сигнала, т. е. датчику. Конечно, это может создать трудности в крупных технических системах с больщим количеством длинных кабелей. Желательно изолированное заземление компьютерного оборудования, поскольку цифровые системы как излучают, так и легко воспринимают высокочастотные сигналы. Более старые аналоговые системы сбора данных по большей части подвержены влиянию низкочастотных наводок.

Раздельное заземление рекомендуется производить для релейных схем, двигателей и других устройств, которые потребляют большие токи. Наконец, шасси аппаратуры должны быть присоединены к отдельному заземлению, а это последнее - к общему заземлителю.

Экраны сигнальиьгх кабелей обычно также заземляют. Чтобы избежать замкнутых контуров в схемах заземления, экраны соединяют с "землей" только в одной точке ~ или вблизи от источника сигнала (датчика), или вблизи последуюпшх электронных устройств. Первый вариант дает лучшее ослабление помех (рис. 4.26).

датчик

экранированный кабель

дифференциальный усилитель

выходной сигнал

Рис. 4.26. Система с датчиком и дифферешшальным усилителем ~ за.земление экра-чируюшей оболочки кабеля выполнено вблизи датчика

Проблемы, связанные с заземлением в контрольно-измерительных система можно обобщить в следующих правилах.

• Необходимо четко определить пути протекания тока. Токи, текущие от силовог! оборудования, должны возвращаться к тем же устройствам. Проводники, присоединенные к электрическим элементам, могут называться "землей", но в действительности функционировать как замкнутый контур и вызывать искажение напря-жения или ггиковые возмущения из-за импеданса кабелей. Следует применят; провода соответствующего сечения как для силовых цепей, так и для цепей .заземления.

• Цифровые и аналоговые цепи должны заземляться ра.здельио. Когда цифровг; систе.ма изменяет свое логическое состояние, на "цифрово.м зазе.млении" моп: появляться значительные всплески 1гапряжения. Поскольку аналоговые uen;i обычно очень чувствительны к возму1цениям, то раздельное зазе.мление снижает 1!лияние резистивной связи.

4.5.5. Выбор носителя сигнала: напряжение или ток

Выбор носителя сигнала для передачи из.мерительных данных от датчика к ком-пьготеру зависит от нескольких факторов. Наиболее су1цествепное соображение, которое следует ирипи.мать во вни.мание, - сигнал должен быть по возможности малочувствительным к электрическим возмущениям.

Передача сигнала напряжением

Каждый кабель обладает определенным погонны.м сопротивлением. Ec.w входной и.мпеданс последнего .эле.мента в цепи - устройства обработки сигщ-ла - не бесконечность, то по кабелю будет протекать ток и в результате произойдет падение напряжения. Если изменяется амплитуда сигнала, то некоторый ток потечет между пронода.ми из-за распределенных емкостей Следовательно, разумно всегда считаться с некоторым падепие.м напряжения линии передачи. Требование, чтобы устройства обработки и.мели высокий входной импеданс, приводит к тому, что они очень чувствительны к помехам. СлеХ вательно. напряжение не слишком пригодно для передачи данных в c.T\"ia.« когда могут быть заметные no.viexH.

Одни.м из способов передачи сигнала напряжением является ор1апизация тре проводной систе.мы (рис. 4.27). По одному проводу течет постоянный ток для пит ния датчика, но другому поступают сигналы от датчика к согласуюптм и обраб тывающим устройствам, а третий провод является общи.м для обоих коипфО Нреимуп{ество этого решения в том, что изменения сопротивления сигналь:" провода, например из-за колебаний темтгературы, не сказываются на сигна. этому проводу не протекает ток и, следовател1>цо, на нем нет падения нанря-ж Чувствительность к внешни.м помехам остается, однако, пеизмешгой.

]"лавная причина популярности напряжения для передачи сигналов - это. ной стороны, присущая этому методу простота, а с другой - широкая доступ устройств для усиления, фильтрации и других видов обработки. Например-необходимо, чтобы один и тот же сигнал поступил на вход нескольких схем,.-точно соединить .эти схемы параллельно (с учето.м входного и.мпеда}1са). Нес

на это, напряжение не очень часто используется в промышленных системах, поскольку сигналы в них должны тгередаваться на большие расстояния и влияние источников помех может стать значительным.

сгшюльный провод

постоянный ток

нзжрительный резистор

источник постоянного тока

общее замыкание

усилитель с высоким входньш импедансом

Рис. 4.27. Подключение датчика в трехпроводной цени

По двум проводам течет постоянный ток; по сигнальному проводу ток не течет, следовательно, нет падения напряжения

Наиболее важные уровни сигналов напряжения стандартизованы (стандарт 11-С 381):

Передача сигнала током

Для передачи сигнала на значительное расстояние лучше использовать не напряжение, а ток, потому что он остается постоя1Пн>1м по длине кабеля, а напряжение падает из-за сопротивления кабеля. На конце кабеля токовый сигнал можно преобразовать в напряжение с помощью высокоточного шунтирующего резистора (рис. 4.28).

При передаче токовых сигначов выходное напряжение датчика преобразуется операционны.м усилителем в ток. Приемник - операционный усилитель на конце цепи - в идеале должен иметь нулевой входной импеданс. В действительности, импеданс определяется шунто.м и обычно имеет порядок нескольких сотен Ом. Для тока 20 мА при сопротивлении шунта 250 Ом падение на1ц:)яжения будет составлять 5 В. Если источник сигнала, т. е. преобразователь напряжения в ток, имеет высокий выходной импеданс, тогда любая помеха при передаче ггриведет к небольшому, обычно допустимому падению напряжения на шунте.

Токовые сигналы, как правило, используются на низких частотах до 10 Гц. При ностоянно.м токе и идеальной изоляции сопротивлеттие кабеля не влияет на сиг-!ал, т. е. величина тока на входе тгриемника - обрабатьтвающой схемы - такая же,