Obwohl Computer nahezu unbegrenzte Auswirkungen auf die Praxis der Datenerfassung haben können, unterliegen sie dennoch gewissen Einschränkungen. Zum einen sprechen Computer nur eine binäre Sprache aus Einsen und Nullen. Fertigungsprozesse und Naturphänomene sind jedoch von Natur aus analog.
In vielen industriellen Anwendungen ist es notwendig, dass analoge Messungen – wie Druck, Temperatur, Durchflussrate, Last, pH-Wert/Leitfähigkeit und Position – von einem Computer sinnvoll aufgezeichnet oder verarbeitet werden. Auch rein digitale Ereignisse – wie das Auslösen eines Motors oder ein von einem Verdrängungsdurchflussmesser erzeugter Impuls – müssen als Änderungen der Spannung auf Transistor-zu-Transistor-Logik-Ebene (TTL) interpretierbar gemacht werden. Damit ein Datenerfassungsgerät effektiv und genau arbeiten kann, muss das von diesen verschiedenen Sensoren ausgegebene Ausgangssignal aufbereitet werden.
Die Signalaufbereitung, ein wichtiger Prozess innerhalb eines Datenerfassungssystems, umfasst die Bearbeitung der analogen Signalausgabe von Sensoren zur Vorbereitung auf die nächste Verarbeitungsstufe. Bei der Signalaufbereitung werden Signale von verschiedenen Sensoren und Wandlern verstärkt und in leicht lesbare, kompatible Formen für Datenerfassungssysteme umgewandelt.
Dieser Prozess der „Aufbereitung” von Signalen wird mit einem Gerät namens Signalkonditionierer durchgeführt – einem Gerät, das eine Art von Signal in ein Signal umwandelt, das mit Prozessüberwachungs- und Steuerungsgeräten kompatibel ist.
Warum ist die Signalaufbereitung wichtig?
In realen Anwendungen sind Sensoren und Wandler, die an den Messsystemen angebracht sind, häufig rauen Umgebungen ausgesetzt, in denen es leicht zu Störungen kommen kann. Darüber hinaus sind die Vollbereichsausgänge der meisten Sensoren relativ schwach. Die Ausgabe besteht in der Regel aus kleinen Spannungen, Strömen oder Widerstandsänderungen. Wenn das Datenerfassungssystem mit schwachen Signalen gespeist wird, ist die Ausgabe mit größerer Wahrscheinlichkeit bedeutungslos. Signalwandler stellen die notwendige Schaltung zwischen dem Sensor und dem Datenerfassungssystem bereit. Diese Schaltung gewährleistet die ordnungsgemäße Aufbereitung der Ausgabe, bevor eine weitere Signalverarbeitung erfolgen kann. Für jeden spezifischen Sensor dient ein Signalaufbereiter als Schnittstelle, um reale Signale anzuregen, zu skalieren oder zu puffern.
Wie funktioniert ein Signalaufbereiter?
Ein Signalaufbereiter ist eine Schaltung, die eine Reihe von Operationen an einem Signal durchführt und es für die weitere Verarbeitung geeignet macht. Er besteht aus einem Eingang und einem Ausgang – wobei der Eingang in der Regel ein Sensor ist, der die Umgebungs- und/oder Strukturvariablen misst.
Im Folgenden sind gängige Arten der Signalaufbereitung aufgeführt:
Verstärkung: Bei der Verstärkung wird die Gesamtamplitude eines Signals erhöht, wodurch sowohl die Messauflösung als auch die Empfindlichkeit des Signals erhöht werden. Strategisch platzierte externe Signalaufbereiter können den Spannungspegel verstärken, bevor er durch Umgebungsgeräusche beeinträchtigt wird. Die Umwandlung eines 0-10-mV-Signals in ein 0-10-V-Signal ist ein Beispiel für eine Verstärkung. Thermoelemente und Dehnungsmessstreifen sind Sensoren, die in der Regel eine Verstärkung erfordern.
Isolierung: Eingangssignale außerhalb des Messbereichs eines Digitalisierers können empfindliche Geräte ernsthaft beschädigen. Die Isolierung unterbricht den galvanischen Pfad zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal. Durch die Unterbrechung des galvanischen Pfads wird verhindert, dass unerwünschte Signale auf der Eingangsleitung zum Ausgang gelangen. Der Isolator kann auch unerwünschte Störsignale im Signalpfad herausfiltern und elektrostatische Störungen durch Erdschleifen beseitigen, die ebenfalls Geräte beschädigen können, die an den Sensor angeschlossen sind. Der Eingang wird normalerweise durch Umwandlung in ein optisches oder magnetisches Signal an den Ausgang übertragen und dann am Ausgang wieder rekonstruiert. Die Isolierung wird auch verwendet, um Erdschleifen zu verhindern. Befindet sich ein Sensor auf einer anderen Grundebene als der Messsensor, z. B. ein an einem Motor montiertes Thermoelement, kann ebenfalls eine Isolierung erforderlich sein.
Linearisierung: Linearisierung ist die Umwandlung eines nichtlinearen Eingangssignals in ein lineares Ausgangssignal – und ist erforderlich, wenn Sensoren Signale erzeugen, die nicht linear mit der physikalischen Messung zusammenhängen. Ein Thermoelement ist ein Beispiel für einen Sensor, der eine Linearisierung erfordert.
Filterung: Nicht das gesamte Frequenzspektrum des Signals enthält gültige Daten. Tatsächlich können einige Frequenzen – wie beispielsweise die in 50-60-Hz-Wechselstromleitungen – unerwünschte Störgeräusche im Signal verursachen. Hier kommt die Filterung zum Einsatz, um diese unerwünschten Frequenzen zu eliminieren und ein sauberes und konsistentes Signal zu erhalten.
Erregung: Für den Betrieb eines aktiven Sensors wie eines Thermistors, eines RTD oder eines Drucksensors ist eine Erregungsspannung erforderlich. Die Stabilität und Genauigkeit des Erregungssignals wirkt sich direkt auf die Stabilität und Genauigkeit des Sensors aus.
Kaltstellenkompensation: Die Kaltstellenkompensation (CJC) wird für Thermoelemente verwendet und ist für genaue Messungen erforderlich. Die CJC passt das Thermoelementsignal an Schwankungen der Raumtemperatur an und verbessert die Messgenauigkeit.
Signalkonditionierer
Die Signalkonditionierung ist ein wesentlicher Aspekt jedes Datenerfassungssystems, und es gibt viele verschiedene Arten von Signalkonditionierern – die sich sowohl hinsichtlich des gemessenen physikalischen Wertes als auch hinsichtlich spezifischer Merkmale unterscheiden.
Omega bietet eine Vielzahl von Optionen für Signalkonditionierer an.
Spezialkonditionierer
Spezial-Signalkonditionierer sind Geräte, die in Industrie und Labor eingesetzt werden, um die Qualität von Signaleingängen vor ihrer Verarbeitung oder Analyse zu modifizieren und zu verbessern. Sie erfüllen oft spezifische Funktionen, wie zum Beispiel:
- Signalkonditionierung, natürlich. Sie modifizieren Signale, um sie für die Verarbeitung besser geeignet zu machen. Dies kann die Verstärkung, Filterung oder Isolierung des Signals umfassen.
- Kalibrierung: Sie tragen dazu bei, dass Sensoren und Instrumente genaue Messwerte liefern, indem sie Drift oder andere Ungenauigkeiten ausgleichen.
- Umwandlung: Sie können Signale von einem Format in ein anderes umwandeln, beispielsweise von analog zu digital.
- Schutz: Spezielle Signalwandler können empfindliche Instrumente vor Spannungsspitzen oder elektrischen Störungen schützen.
- Isolierung: Sie können ein Signal isolieren, um Erdschleifen oder Störungen durch andere Geräte zu verhindern.
DIN-Schienen-Signalwandler
DIN-Schienen-Signalkonditionierer sind für die Präzision der Datenerfassung in verschiedenen industriellen, gewerblichen und labortechnischen Umgebungen von entscheidender Bedeutung. Sie wandeln Eingangssignale aus mehreren Quellen in ein standardisiertes Ausgangssignal um und ermöglichen so genaue Messungen von Geräten wie Thermoelementen, Dehnungsmessstreifen, RTDs, Wägezellen und anderen.
Kopfmontierte Signalaufbereiter
Kopfmontierte Signalwandler werden in zahlreichen industriellen, gewerblichen und labortechnischen Anwendungen eingesetzt. Sie wurden speziell für die Umwandlung und Aufbereitung elektrischer Signale von verschiedenen Sensoren entwickelt, darunter Thermoelemente, RTDs, Ohm, Potentiometer und Millivolt-Signale. Omega Engineering bietet eine vielfältige Auswahl an kopfmontierten Signalwandlern, die sich leicht konfigurieren und skalieren lassen, um spezifischen Anforderungen gerecht zu werden. Unsere Conditioner sind mit einer Reihe benutzerfreundlicher Funktionen ausgestattet, wie z. B. Konfiguration per Drucktaste, LED-Anzeigen, SSR-Ausgänge und Optionen zur Trimmung durch den Benutzer. Sie sind kompakt und in verschiedenen Eingangs- und Übertragungskonfigurationen erhältlich.
Universelle programmierbare Transmitter
Universelle programmierbare Transmitter (UPTs) werden in Industrie, Handel und Laboren häufig eingesetzt. Sie bieten eine effiziente und präzise Möglichkeit zur Überwachung und Steuerung von Prozessen. UPTs bieten isolierte Ein- und Ausgänge und können so programmiert werden, dass sie eine Vielzahl von Prozesssignalen messen oder ausgeben. Omega Engineering bietet eine große Auswahl an UPTs, die UL- und c-UL-zertifiziert sind und eine hohe Genauigkeit gewährleisten. Diese Transmitter sind benutzerfreundlich, einfach zu installieren und verfügen über eine lokale Bedienerschnittstelle mit Tasten auf der Vorderseite zur Steuerung und Überwachung. Sie sind eine effektive Lösung für Branchen und Labore, die eine genaue Messung und Steuerung von Prozesssignalen benötigen.
Temperatur- und Feuchtigkeits-Transmitter
Temperatur- und Feuchtigkeits-Transmitter spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen industriellen, gewerblichen und labortechnischen Anwendungen. Omega Engineering bietet eine vielfältige Auswahl dieser Transmitter, die sowohl die Fernüberwachung als auch die Überwachung vor Ort von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit ermöglichen. Unsere Temperatur- und Feuchtigkeitstransmitter sind für Präzision bei Messungen und Überwachungen in verschiedenen Industrie- und Laborumgebungen ausgelegt. Mit Optionen wie Fernsonden, Edelstahl-Gehäusen und Modellen für die Wand- oder Kanalmontage sind unsere Transmitter auf Zuverlässigkeit und Genauigkeit ausgelegt.
Schreiber Einleitung zu Schreibern