Изоляция. Технические требования к изоляции системы.
Изоляция
Неправильное заземление системы – один из наиболее частых случаев возникновения проблем с измерениями, помех и повреждения УСД. Системы согласования сигналов с электрической изоляцией могут предотвратить большинство этих проблем. Устройства такого типа бесконтактно передают сигнал от источника к измерительной системе, используя трансформаторы, оптические и емкостные развязки. Кроме разрыва паразитного контура с замыканием через землю, изоляция блокирует большие выбросы напряжения и отфильтровывает синфазное напряжение, защищая операторов и дорогостоящее измерительное оборудование.
Предположим, что вам необходимо отслеживать температуру при помощи термопары, припаянной к высоковольтной установке, излучающей сильные электромагнитные поля. Хотя выходное дифференциальное напряжение термопары не превышает 50 мВ, это напряжение может иметь высокий потенциал относительно заземления из-за емкостной связи установки и термопары. Потенциал между каждым из проводников дифференциального сигнала и заземлением называется синфазным напряжением. В идеале это напряжение должно полностью игнорироваться измерительной системой. Однако присоединение проводов от термопары непосредственно к неизолированному УСД, которое обычно рассчитано на синфазное напряжение 12 вольт, скорее всего, приведет к повреждению последнего. Вместо этого, вы можете присоединить провода от термопары к изолированному формирователю сигналов, который отфильтрует высокое синфазное напряжение и пропустит дифференциальный сигнал 50 мВ на измерительное устройство для точных измерений.
Технические требования к изоляции системы
Изготовители устройств выдвигают различные требования к электрической изоляции. Некоторые вводят только индекс (number) изоляции без описания, означает ли он уровень сигнала или уровень неустановившегося напряжения. Без этой информации и ясного понимания процесса ввода/вывода сигналов вы можете повредить измерительную систему и, возможно, подвергнуть оператора опасности поражения током. Ряд организаций, таких как Лаборатория по технике безопасности (Underwriters Laboratories – UL) и Международная электротехническая комиссия – МЭК (International Electrotechnical Commission – IEC) выработали технические требования безопасности при проектировании высоковольтных установок. Продукция, имеющая соответствующие знаки, проверена (в некоторых случаях, самими организациями) на соответствие техническим требованиям.
Кроме поиска на продукции знаков соответствия одной из этих организаций, существует другой способ определить класс изоляции системы согласования сигналов. Он заключается в выяснении двух ключевых характеристик – максимального допустимого напряжения и категории установки.
Идеальные фильтры. Влияние фильтров на частотное содержимое сигналов.
Идеальные фильтры
Фильтры изменяют или удаляют нежелательные частоты. В зависимости от частотного диапазона, в котором они пропускают либо осклабляют, фильтры могут быть классифицированы на следующие типы:
• Низкочастотный фильтр (ФНЧ – фильтр нижних частот) (lowpass) пропускает низкие частоты и ослабляет высокие.
• Высокочастотный фильтр (ФВЧ – фильтр верхних частот) (highpass) пропускает высокие частоты и ослабляет низкие.
• Полосовой фильтр (ПФ) (bandpass) пропускает определенную полосу частот.
• Заграждающий фильтр (bandstop) ослабляет определенную полосу частот.
Следующий рисунок иллюстрирует идеальный частотный отклик этих фильтров.
ФНЧ пропускает все частоты ниже fc, ФВЧ пропускает все частоты выше fc. Полосовой фильтр пропускает все частоты в диапазоне между fc1 и fc2, а заграждающий фильтр ослабляет все частоты в диапазоне между fc1 и fc2. Частоты fc, fc1 и fc2 называются частотами среза фильтра. При создании фильтра вам необходимо задать эти частоты среза фильтра.
Частотный диапазон компонент, проходящих через фильтр, называют полосой пропускания фильтра (ПП). Идеальный фильтр имеет коэффициент усиления равный единице (0 дБ) в полосе пропускания, так что амплитуда сигнала не нарастает и не уменьшается. Полоса режекции (ПР) соответствует диапазону частот, которые вообще не проходят через фильтр и отсекаются (ослабляются). Следующий рисунок показывает полосу пропускания и режекции различных типов фильтров.
ФНЧ и ФВЧ имеют по одной полосе пропускания и ослабления, полосовой фильтр имеет одну полосу пропускания и две полосы режекции, а заграждающий фильтр имеет две полосы пропускания и одну режекции.
Влияние фильтров на частотное содержимое сигнала
Сигнал, содержащий частоты 10 Гц, 30 Гц и 50 Гц, пропускают через ФНЧ, ФВЧ, полосовой фильтр и заграждающий фильтр. ФВЧ и ФНЧ имеют частоты среза равными 20 Гц, а полосовой и заграждающий фильтры 20 и 40 Гц. Следующий рисунок иллюстрирует выходной сигнал каждого из фильтров.
