Un condizionatore di segnale è un dispositivo che modifica i segnali di uscita analogici grezzi prodotti dai sensori e fornisce i circuiti essenziali tra il sensore e il sistema di acquisizione dati. Queste modifiche convertono i vari segnali in segnali compatibili con i dispositivi di monitoraggio e controllo dei processi. Per ogni sensore specifico, un condizionatore di segnale funge da interfaccia per eccitare, scalare o bufferizzare i segnali del mondo reale. I tipi di condizionatori di segnale differiscono sia per il valore fisico che misurano sia per le loro caratteristiche specifiche.
Tipi di condizionatori di segnale in base alla misurazione del valore fisico
Condizionatori di segnale di
temperatura Un condizionatore di segnale di temperatura è compatibile con i sensori che misurano la temperatura o le variazioni di temperatura. I condizionatori di segnale di temperatura vengono utilizzati per amplificare i segnali analogici prodotti dai sensori di temperatura, per filtrare il rumore e per inviare i segnali a un'ulteriore
analisi e
visualizzazione. Le termocoppie sono comunemente utilizzate in molti processi di applicazione industriale. Di solito, l'uscita delle termocoppie è compresa nell'intervallo ±80 mV. Con una tensione di uscita così bassa, è difficile per i dispositivi di monitoraggio e controllo dei processi registrare e visualizzare il segnale analogico grezzo. I condizionatori
di segnale di temperatura amplificano questi segnali. Oltre all'amplificazione, il condizionamento del segnale è necessario anche per la compensazione della giunzione fredda durante l'elaborazione del segnale analogico prodotto da una termocoppia. Quando una termocoppia è collegata a uno strumento per la misurazione della temperatura, la differenza di materiale genera una tensione nei giunti noti come "giunti freddi", che influisce sull'uscita effettiva della termocoppia, fornendo risultati errati. I condizionatori di
segnale di temperatura compensano tali variazioni. I condizionatori di segnale di temperatura eseguono anche la linearizzazione del segnale analogico, in modo che la tensione
di uscita
di una termocoppia sia lineare con la temperatura. Termistori Un termistore è un altro sensore di temperatura comunemente utilizzato in una varietà di applicazioni industriali. I termistori sono sensori di temperatura attivi e, come tali, richiedono eccitazione di corrente e tensione. La stabilità e la precisione del segnale di eccitazione influiscono direttamente sulla stabilità e sulla precisione del sensore. I condizionatori di segnale di temperatura forniscono anche amplificazione e filtraggio passa-basso per i termistori, eseguendo queste operazioni per modificare i segnali in modo che
possano
essere facilmente letti dai dispositivi digitali del sistema di acquisizione dei dati. RTD I dispositivi di temperatura a resistenza, o RTD, sono sensori di temperatura che utilizzano la variazione di resistenza per calcolare la temperatura. Gli RTD, come i termistori, richiedono tensione di eccitazione, amplificazione e filtraggio, operazioni che possono essere eseguite da un condizionatore di segnale di temperatura.
Il condizionamento del segnale RTD elimina
anche i segnali indesiderati provenienti dalla resistenza di linea, dalla non linearità e dall'auto-riparazione. Condizionatori di segnale per sensori di pressione Un condizionatore di segnale per sensori di pressione è compatibile con i trasduttori di pressione . I sensori di pressione funzionano monitorando la deformazione o la sollecitazione subita da un ponte. Il condizionatore di segnale di pressione eccita
il ponte fornendo una tensione costante e amplificando i segnali di uscita. Le celle di carico o gli estensimetri misurano
la forza su un dispositivo in tensione o
compressione e producono un'uscita nell'intervallo dei millivolt CC bassi. Il condizionatore di segnale per celle di carico/estensimetri è necessario per rilevare queste piccole variazioni, garantire misurazioni accurate e amplificare il segnale al dispositivo di acquisizione dei dati appropriato. Le celle di carico e gli estensimetri richiedono anche una tensione di eccitazione compresa tra 2,5 V e 10 V, ottenibile utilizzando un condizionatore di segnale. I trasformatori differenziali variabili lineari, o LVDT, misurano la
posizione di un soggetto . Per
eccitare il sensore LVDT è necessaria un'onda di eccitazione sinusoidale (tra 400 kz e 10 kHz). L'uscita viene quindi fatta passare attraverso un filtro passa-basso per garantire che i livelli di rumore siano ridotti al minimo. Il segnale finale inviato dal condizionatore di segnale è facilmente riconoscibile dai dispositivi di lettura digitale all'interno del sistema di acquisizione dei dati. Condizionatori di segnale di coppia I condizionatori di segnale di coppia
seguono la suite dei condizionatori
di segnale di carico e pressione in quanto è possibile produrre una tensione di uscita bassa o elevata in base alla tensione di eccitazione del sensore. Condizionatori di segnale CC e CA Il
condizionamento del segnale CC è
solitamente necessario per convertire o amplificare un segnale di corrente o tensione CC ed è necessario per eliminare il rumore del segnale, operazione che viene eseguita filtrando l'ingresso. I condizionatori
di segnale CA vengono utilizzati per accettare segnali di corrente o tensione CA e convertirli in segnali di corrente o tensione CC adatti alla strumentazione di terminazione. I condizionatori
di segnale di frequenza
consentono l'utilizzo di una varietà di sensori diversi che producono uscite di frequenza che vengono convertite in un segnale di uscita analogico in corrente continua utilizzabile che può essere facilmente misurato utilizzando dispositivi di
misurazione comuni. Tipo di condizionatori di segnale in base
alle Caratteristiche Condizionatori
di segnale universali Un condizionatore di segnale universale è un dispositivo che può essere programmato per molteplici combinazioni di configurazioni di ingresso/uscita. Accettando segnali di corrente, tensione, termocoppia, RTD, potenziometro e resistenza lineare, il dispositivo semplifica il collegamento dei sensori più comuni senza richiedere un condizionatore di segnale separato per ciascuno di essi. I condizionatori di segnale universali sono dotati di un modulo programmabile che consente di
configurarli in base a specifici requisiti
di ingresso/uscita. Condizionatori di segnale multicanale Un condizionatore di segnale multicanale è simile a un condizionatore di segnale universale, ma mentre quest'ultimo consente un solo ingresso e una sola uscita, il condizionatore multicanale dispone di due
opzioni di ingresso/uscita in più.
I condizionatori di segnale isolati sono spesso utili in applicazioni in cui i segnali dalla sorgente ai dispositivi di misurazione devono essere trasmessi senza una connessione fisica. Gli isolatori impediscono anche correnti di loop di terra indesiderate e proteggono il sistema di controllo da transitori e rumori elettrici prodotti a causa di condizioni di campo imprevedibili. Splitter
del condizionatore di segnale
Uno splitter del condizionatore di segnale accetta un segnale di ingresso e divide l'uscita in due segnali identici attraverso due canali separati. Questi canali sono isolati l'uno dall'altro e funzionano in modo indipendente. L'isolamento aiuta ulteriormente a prevenire i loop di terra e i segnali transitori. Questi dispositivi sono utili in applicazioni che richiedono la misurazione dell'uscita in due aree diverse da una singola unità base ripetitore.
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