Ein Signalaufbereiter ist ein Gerät, das die von Sensoren erzeugten Ausgangssignale modifiziert und die notwendige Schaltung zwischen dem Sensor und dem Datenerfassungssystems bereitstellt. Durch diese Modifikationen werden die verschiedenen Signale in Signale umgewandelt, die mit Geräten der Prozessüberwachung und Steuerung kompatibel sind. Für jeden spezifischen Sensor dient ein Signalaufbereiter als Schnittstelle, um reale Signale anzuregen, zu skalieren oder zu puffern. Signalkonditionierer unterscheiden sich sowohl hinsichtlich des von ihnen gemessenen physikalischen Wertes als auch hinsichtlich ihrer spezifischen Eigenschaften.
Arten von Signalkonditionierern nach physikalischer Wertmessung
Temperatursignalkonditionierer
Ein Temperatursignalkonditionierer ist mit Sensoren kompatibel, die Temperatur oder Temperaturschwankungen messen. Temperatursignalkonditionierer werden verwendet, um die von Temperatursensoren erzeugten analogen Signale zu verstärken, Störsignale herauszufiltern und die Signale zur weiteren Analyse und Anzeige weiterzuleiten.
Thermoelemente
Thermoelemente werden häufig in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Normalerweise liegt die Ausgangsspannung von Thermoelementen im Bereich von ±80 mV. Bei einer so niedrigen Ausgangsspannung ist es für Prozessüberwachungs- und Steuerungsgeräte schwierig, das analoge Rohsignal aufzuzeichnen und anzuzeigen. Temperatursignalkonditionierer verstärken diese Signale.
Zusätzlich zur Verstärkung ist bei der Verarbeitung des von einem Thermoelement erzeugten analogen Signals auch eine Signalkonditionierung für die Kaltstellenkompensation erforderlich. Wenn ein Thermoelement an ein Gerät zur Temperaturmessung angeschlossen wird, erzeugt der Materialunterschied an den Verbindungsstellen, den sogenannten „Kaltstellen“, eine Spannung, die sich auf die tatsächliche Ausgangsleistung des Thermoelements auswirkt und zu fehlerhaften Ergebnissen führt. Temperatursignalkonditionierer kompensieren solche Abweichungen.
Temperatursignalkonditionierer führen auch eine Linearisierung des analogen Signals durch, sodass die Ausgangsspannung eines Thermoelements linear zur Temperatur ist.
Thermistoren
Ein Thermistor ist ein weiterer häufig verwendeter Temperatursensor in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen. Thermistoren sind aktive Temperatursensoren und benötigen daher eine Strom- und Spannungsanregung. Die Stabilität und Genauigkeit des Erregungssignals wirkt sich direkt auf die Stabilität und Genauigkeit des Sensors aus. Temperatursignalkonditionierer bieten auch Verstärkung und Tiefpassfilterung für Thermistoren – sie führen diesen Betrieb durch, um Signale so zu modifizieren, dass sie von den digitalen Geräten des Datenerfassungssystems leicht gelesen werden können.
RTDs
Widerstandsthermometer (RTDs) sind Temperatursensoren, die anhand von Widerstandsänderungen die Temperatur berechnen. RTDs benötigen wie Thermistoren eine Erregerspannung, Verstärkung und Filter – all dies kann von einem Temperatursignalkonditionierer übernommen werden. Die RTD-Signalkonditionierung eliminiert auch unerwünschte Signale aus Leitungswiderstand, Linearität und Selbstheilung.
Der Drucksignalkonditionierer regt die Brücke an, indem er eine konstante Spannung liefert und die Ausgangssignale verstärkt. Der Ausgang des Drucksensors variiert in Millivolt zusammen mit hohen Gleichtaktsignalen.Pressure Sensor Signal Conditioners
A pressure sensor signal conditioner is compatible with sensors that measure pressure. Pressure sensors work by monitoring the strain or stress experienced by a bridge. The pressure signal conditioner excites the bridge by providing constant voltage and amplifying the output signals. The output of the pressure sensor varies in millivolts along with high common-mode signals.
Der Drucksensor-Signalkonditionierer eliminiert Gleichtaktsignale und behält gleichzeitig die Druckänderungswerte bei.
Wägezellen-/Dehnungssignalkonditionierer
Wägezellen oder Dehnungsmessstreifen messen die Kraft auf ein Gerät in Zug- oder Druckrichtung – und sie erzeugen einen Ausgang im Messbereich niedriger Gleichstrom-Millivolt. Der Signalaufbereiter für Wägezellen/Dehnungsmessstreifen ist erforderlich, um diese kleinen Schwankungen zu erfassen, eine genaue Messung zu gewährleisten und das Signal für das entsprechende Datenerfassungsgerät zu verstärken. Wägezellen und Dehnungsmessstreifen benötigen außerdem eine Erregungsspannung im Messbereich von 2,5 V bis 10 V – dies wird mithilfe eines Signalaufbereiters erreicht.
LVDT-Signalkonditionierer
Lineare variable Differentialtransformatoren (LVDTs) messen die Position eines Objekts. Zur Anregung des LVDT-Sensors ist eine sinusförmige Erregungswelle (zwischen 400 kHz und 10 kHz) erforderlich. Der Ausgang wird dann durch einen Tiefpass-Filter geleitet, um sicherzustellen, dass die Rauschpegel auf ein Minimum reduziert werden. Das vom Signalwandler gesendete Endsignal ist für digitale Lesegeräte innerhalb des Datenerfassungssystems leicht zu erkennen.
Torque Signal Conditioners
Torque signal conditioners follow the suite of the load and pressure signal conditioner as it can produce low or high output voltage based on the excitation voltage of the sensor.
Drehmomentsignalwandler
Drehmomentsignalwandler folgen der Reihe der Last- und Drucksignalwandler, da sie je nach Erregungsspannung des Sensors eine niedrige oder hohe Ausgangsspannung erzeugen können.
Wechselstrom-Signalkonditionierer werden verwendet, um Wechselstrom- oder Wechselspannungssignale aufzunehmen und sie in Gleichstrom- oder Gleichspannungssignale umzuwandeln, die für den Anschluss an Messgeräte geeignet sind.
Frequenzsignalkonditionierer
Frequenzsignalkonditionierer ermöglichen den Einsatz einer Vielzahl verschiedener Sensoren, die Frequenzausgänge erzeugen, die in ein verwendbares analoges Gleichstrom-Ausgangssignal umgewandelt werden, das mit gängigen Messgeräten leicht gemessen werden kann.
Arten von Signalwandlern nach Funktionen
Universelle Signalwandler
Ein universeller Signalwandler ist ein Gerät, das für mehrere Kombinationen von Eingangs-/Ausgangskonfigurationen programmiert werden kann. Das Gerät akzeptiert Strom-, Spannungs-, Thermoelement-, RTD-, Potentiometer- und lineare Widerstandssignale und ermöglicht den einfachen Anschluss der gängigsten Sensoren, ohne dass für jeden Sensor ein separater Signalwandler erforderlich ist. Universelle Signalwandler verfügen über ein programmierbares Modul, mit dem sie für bestimmte Eingangs-/Ausgangs-Anforderungen konfiguriert werden können.
Mehrkanal-Signalwandler
Ein Mehrkanal-Signalwandler ähnelt einem universellen Signalwandler, aber während ein universeller Signalwandler nur einen Eingang und einen Ausgang zulässt, verfügt ein Mehrkanal-Signalwandler über zwei weitere Eingangs-/Ausgangsoptionen.
Isolierte Signalkonditionierer
Isolierte Signalkonditionierer sind häufig in Anwendungen nützlich, in denen die Signale von der Quelle zu den Messgeräten ohne physische Verbindung übertragen werden müssen. Isolatoren verhindern außerdem unerwünschte Erdschleifenstromflüsse und schützen das Steuerungssystem vor Transienten und elektrischen Störungen, die aufgrund unvorhersehbarer Feldbedingungen entstehen.
Signalkonditionierer-Splitter
Ein Signalkonditionierer-Splitter nimmt ein Eingangssignal auf und teilt den Ausgang über zwei separate Kanäle in zwei identische Ausgangssignale auf. Diese Kanäle sind voneinander isoliert und arbeiten unabhängig voneinander. Die Isolierung trägt zusätzlich dazu bei, Erdschleifen und transiente Signale zu verhindern. Diese Geräte sind nützlich in Anwendungen, die eine Messung der Ausgänge an zwei verschiedenen Orten von einem einzigen Repeater-Basisequipment-Gerät benötigen.
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