Sind für dieses Datenerfassungssystem Sternerdungsquellen erforderlich?

Mehrere Single-Ended-Ausgangs- und Netzteil-Wandler sind mehrere zehn Meter voneinander entfernt und geben 0 bis 10 V DC-ähnliche Spannungen aus.

Einige sind Temperaturwandler, andere Kraftwandler usw. Ihre Ausgänge gehen alle an eine einzige Datenerfassungskarte, die diese Kanäle im Wesentlichen multiplext und die Daten protokolliert.

Die Datenerfassungskarte ist ebenfalls einseitig und nicht referenziert, geerdet und in der folgenden Abbildung als NRSE bezeichnet. Die Wandlersignale werden über BNC-Koaxialkabel übertragen. Tr steht für Wandler unten:

Ich plane, alle negativen Klemmen und Sensorabschirmungen der Stromversorgung an einem einzigen Punkt mit einem Stern zu erden und sie zu erden. Also wird keine der Quellen auf der Erde schweben. Da der DAQ NRSE ist, schwebt seine analoge Masse in Bezug auf die Erde.

Ich habe nur dieses dokumentbezogene Thema gefunden: http://www.ni.com/white-paper/3344/en/ .

Und meins ist das unten in Rot eingekreiste:

In meinem Fall werden, wie ich mit meiner ersten Abbildung erklärt habe, viele Eingänge, tatsächlich neun Eingänge von Wandlern voneinander entfernt, in NRSE-Konfiguration mit dem DAQ gekoppelt.

Muss ich die negativen DC-Klemmen und Wandlerabschirmungen wirklich an einem einzigen Punkt mit einem Stern erden? SG ist das Signal Ret ist die Rückleitung zur AISENSE. (In einem bestimmten Fall habe ich ein besseres Ergebnis erzielt, als den DC-Anschluss anstelle des Rückleitungsdrahtes zu erden. Es handelte sich um eine CM-Störung aufgrund eines SMPS-Transformators.) Deshalb erde ich die Wandler in ihrer Abbildung über den negativen Anschluss des Netzteils.

Bearbeiten:

Grundsätzlich frage ich, ob der sternverbundene Knoten (rotes Fragezeichen) ebenfalls geerdet sein muss?:

Bearbeiten:

AI SENSE ist wie ein Diff, der mit gemeinsamen Renditen endet.

AI GND und AI SENSE sollten nicht verbunden werden, wie ich vom Hersteller für das verwendete AI SENSE-Schema gehört habe. Abbildung 1 Das SE-Schema darf nicht verwendet werden, da es parasitär gekoppelte Erdschleifen verursacht.

Jetzt werden die Wandler von Stromversorgungen und Stromversorgungsmasse gespeist, und die Wandlermasse ist nicht isoliert.

In Abbildung 2 erhalte ich sehr gute Ergebnisse, wenn ich AI SENSE verwende und auch die Netzteilmasse nach AIGND oder zur nächsten Erde verlege. Wenn ich also ein AI SENSE-Schema verwende und ein dritter Draht vom roten Punkt (der Netzteilmasse) zur nächsten Erde (gelb) oder zur AIGND (grün), ist alles in Ordnung.

Aber da ich viele davon habe, habe ich gefragt, ob ich die grüne oder gelbe Route in Abbildung 2 verwenden soll. Außerdem gibt es in diesem Fall 10 Eingänge, an denen diese gelben oder grünen Drähte sternförmig geerdet werden sollten.

Aber ich kann Ihnen versichern, dass ein SE-Schema und die Bindung von AI GND an AI SENSE nicht möglich sind. Also bitte die Antwort ist keine von diesen beiden. AI GND wird immer über das PC-Motherboard geerdet. AI SENSE sollte nicht mit AI GND verbunden werden. Bitte geben Sie eine einfache Zeichnung in der Antwort an, damit die Dinge leichter zu befolgen sind.

Zunächst einmal sind solche Systemdesigns eine Kunst, keine Wissenschaft. Es ist eine Kunst, weil es viele Parameter des Systemdesigns gibt, die nicht bekannt sind (oder wir haben keine Zeit, sie zu finden). Man könnte das ganze System durchgehen und es als Riesenschaltung modellieren. Um dies zu tun, müsste man die Kabel messen / schätzen und die Geräuschquellen (RFI und leitungsgebundene Emissionen durch Wechselstrom) benötigen mehr Zeit als die Verwendung von Best Practices.

Kurze Antwort:

Grundsätzlich frage ich, ob der sternverbundene Knoten (rotes Fragezeichen) ebenfalls geerdet sein muss.

Nein, ein Sternboden wird nur mehr Erdschleifen und mehr Rauschen hinzufügen, da Sie wahrscheinlich bereits gemäß diesem Kommentar in einer guten Konfiguration sind:

In Abbildung 2 erhalte ich sehr gute Ergebnisse, wenn ich AI SENSE verwende und auch die Netzteilmasse nach AIGND oder zur nächsten Erde verlege. Wenn ich also ein AI SENSE-Schema verwende und ein dritter Draht vom roten Punkt (der Netzteilmasse) zur nächsten Erde (gelb) oder zur AIGND (grün), ist alles in Ordnung.

Die Idee ist, das zu tun, was für die Geräuschpegel funktioniert, die das System erreichen muss. Wenn Sie das System bauen und das Rauschen für die durchzuführenden Messungen akzeptabel ist, sind Sie fertig! Abbildung 1 ist Abbildung 2 vorzuziehen. Denken Sie daran, dass die Zahlen im NI-Dokument Best Practices sind. In der Umgebung oder im Setup, in dem Sie möglicherweise nicht so viel Rauschen haben, benötigen Sie ein Diagramm der Stromversorgung, deren Anschluss an jeden Wandler und Kenntnisse über die Erdung des Datenerfassungsgeräts.

Rausch- und Erdschleifen

Wenn das System zu viel Rauschen aufweist, ergreifen Sie Maßnahmen, um dieses zu beseitigen. Ich werde einige der Best Practices für den Fall aufstellen, dass Sie Lärm hören:

Das erste zu verstehende Konzept ist das einer Erdschleife. Die Erdungsschleife beginnt, weil zwei Erdungspunkte mit zwei Kabeln vorhanden sind. Dies bildet eine große Schleife. Wenn Magnetfelder durch die Schleife laufen (von Motoren und Stromleitungen), wird ein Strom erzeugt, der um den Rand der Schleife fließt. Dies führt auch bei abgeschirmten Kabeln über induktive Kopplung zu einem Problem (abgeschirmte Kabel schützen nur vor kapazitiv gekoppelten elektrischen Feldern und blockieren diese, jedoch nicht magnetisch), bei denen ein Strom an der Außenseite des Kabels auch einen Strom an der Innenseite verursacht. In den meisten Fällen ist es am besten, Erdschleifen zu vermeiden.

Bei einem DAQ entstehen Probleme, da Sie möglicherweise nicht die vollständige Kontrolle über die Erdung der Sensorkabel oder der Abschirmung haben.

Wenn Erdschleifenströme die größte Rauschquelle sind (was von der elektrisch-magnetischen Umgebung abhängt, in der sich das System befindet), ist es am besten, die Schleife zu unterbrechen. Dies kann durch Entfernen einer Erdung (Best Practice) oder durch Trennen der Abschirmung (vorzugsweise neben dem Sensor) erfolgen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die analogen Signale zu isolieren, um eine Erdungsschleife zu unterbrechen. Dies kann teurer sein, ist aber besser.

Quelle: http://www.sensorland.com/HowPics/IPC07-004.gif
Oder diese Seite

Es ist auch gut, Twisted Pair-Kabel zu verwenden, um Schleifen zu beseitigen und das Rauschen gering zu halten (aus diesem Grund haben die meisten Differenzsignale wie RS485 oder Ethernet Twisted Pair.

Gute Praktiken

Wenn Sie eines dieser Systeme jemals wieder bauen, ist es aus Sicht des Rauschens bequemer, die Netzteile an derselben Stelle wie die Datenerfassung zu platzieren. Eine Erdung an einem Ende ist normalerweise die beste Bedingung. Manchmal kann sich das Kabel in einen Strahler (Antenne) verwandeln. In diesem Fall kann ein Ferrit Hochfrequenzsignale auf dem Kabel blockieren. Es wäre auch gut, den Sensor / die Quelle / den Verstärker am Ende des Kabels abzuschirmen und an der Abschirmung zu befestigen (wenn die Abschirmung nicht geerdet ist, können Sie die Abschirmung brechen.)

Beobachten Sie die Erdung an beiden Enden, da dies Ströme erzeugt, wenn Sie helfen können.

Es ist keine gute Idee, ein Netzteil am anderen Ende anzubringen, es sei denn, es ist isoliert.

Es gibt keinen Grund, Ihre Analogeingänge geerdet zu haben. Es bietet nichts anderes als einen Pfad, über den Rauschen in Ihr analoges Signal gelangt.

Ich habe einige komplexe ATE-Geräte mit allen Arten von Problemen zusammengestellt. Die erste Regel ist, dass jede Quelle für sich steht, bis sie einen Differenzial-Operationsverstärker oder ADC-MUX erreicht.

Befreien Sie sich von all Ihren roten und grünen Linien. Die schwarzen Signalkabel sind in Ordnung. Stecken Sie alle blauen Kabel wieder in den AIsense-Pin oder verwenden Sie einen Dual-Port-MUX. Schließen Sie es an die gemeinsame Signalmasse an, wenn das PGIA-Datenblatt dies für erforderlich hält.

Sie möchten vermeiden, dass AIsense vor Erreichen der PGIA vernetzt wird. Dadurch wird vermieden, dass Signale in andere Kanäle gelangen.

Schließen Sie Hochenergiegeräte NICHT direkt an diese Eingänge oder AIsense an. Dies kann PGIA, MUX und ADC beschädigen. Verwenden Sie für solche Geräte ein analoges Isolationsmodul (AD210KN).

Vermeiden Sie Erdungen, es ist nur ein langer Draht, der als Quelle für die Aufnahme von HF-Rauschen dient. Halten Sie die benötigten Drähte kurz und verdrillt, wenn Sie sie nicht mit STP (Shielded Twisted Pairs) abschirmen können. Wenn Sie abgeschirmte Drähte verwenden, sollte die Erdung der Abschirmung nur mit der Signalmasse am PGIA oder in dessen Nähe verbunden werden. Der Abschirmdraht muss leise sein und das ist ein ruhiger Ort.

Im folgenden Schema ermöglicht ein dualer 4: 1-Mux dem Signal, jeweils nur 1 Sensor auszuwählen. Kanal 'B' wird nicht verwendet. Da die Sensoren immer eine AI-Sense-Verbindung haben, schweben sie nicht. Der CD4052 MUX ist sehr kostengünstig und weist eine hohe Kanal-zu-Kanal-Isolation auf. Lesen Sie das Datenblatt, bevor Sie es verwenden.

Es besteht KEINE Verbindung zur Erdung und Signalquellen teilen sich niemals eine gemeinsame Verbindung, bis sie den AI-Erfassungsstift erreichen. Das ist dein "Star" -Punkt. Wenn nicht ausgewählt, haben die Quellen keine Last, aber das sollte für eine Quelle kein Problem sein. Wenn die Sensorkabel eine lange Lebensdauer haben, fügen Sie Vss und Vee (1N4148) Klemmdioden hinzu, die den CD4052 vor Spannungsspitzen über 10 Volt schützen. Die Sensorkabel sollten jedoch nicht in der Nähe von Wechselstromversorgungen verlaufen.

Beachten Sie, dass Abbildung 4 in Ihren NI-Dokumenten fast identisch mit dieser Konfiguration ist, außer dass Sie nur einen 4-Kanal-SE-Eingang anstelle von 8 haben.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Link zum CD4052-Datenblatt

Sie müssen den AI SENSE in Bezug auf die PGIA-Versorgung nicht schweben lassen, ohne Erdschleifen zu haben.

Wenn AI SENSE schwebt, tritt Gleichtaktrauschen auf, das sich auf Ihre Messung auswirkt. Daher müssen Sie AI Sense auf der DAQ-Seite festbinden.

Auch die Bindung von AI Sense muss vor einem MUX erfolgen, was in Ihrem Design der Fall ist, da Sie die negative Seite nicht MUXEN, aber ich erwähne dies nur für den Fall.

In Ihrem ersten Diagramm haben Sie möglicherweise Erdschleifen, wenn Sie AI Sense am Boden befestigen:

Die beste Lösung in diesem Fall, keine Erdungsschleife zu haben und GND an AISense zu binden, wäre:

• Verbinden Sie das PGIA GND mit dem AI Sense.
• Wenn die Kabel abgeschirmt sind, schließen Sie sie nur auf der DAQ-Seite an PGIA GND an.
• Lassen Sie die Sensoren GND des Netzteils 1,2,3 schweben.

Auf diese Weise sollten Sie eine saubere Referenz PGIA GND haben, die frei von Erdschleifen ist.

Sie können sich weiter verbessern, indem Sie ein 3-adriges Kabel mit 2 verdrillten Erfassungsleitungen (AI Sense und AIx) + 1 GND "Power" -Kabel + eine Abschirmung haben.

In dieser Situation übertragen AI-Leitungen nur Signale, das GND-Kabel bringt alles auf die gleiche Masse und führt eventuelle Ströme, Abschirmung und Verdrehung reduzieren das induzierte Rauschen weiter.

Binden Sie die GNDs des Netzteils an die GND-Stromleitung und die AI-GND und verbinden Sie AISense über einen 100-Ohm-Widerstand mit dieser GND (möglicherweise möchten Sie verschiedene Werte ausprobieren). Der Widerstand dient dazu, den auf der negativen Erfassungsleitung fließenden Strom zu begrenzen.

Es ist wichtig, die Abschirmung nur an der Seite des DAQ anzuschließen, um wieder Erdschleifen zu vermeiden und zu vermeiden, dass Strom auf die Abschirmung fließt.