Cztery źródła niedokładności w pomiarach

Co więcej, pewne czynniki mogą nawet doprowadzić do uszkodzenia urządzeń pomiarowych. Dobre zrozumienie wszystkich czynników związanym z podłączeniem czujnika jest niezbędne, jeżeli chcemy dokonać realnych i dokładnych pomiarów.

Niniejszy artykuł porusza cztery kwestie związane z dokładnością pomiarów. Ich kolejność ustalono od najczęściej, do najrzadziej występujących. Wskazane problemy regularnie można napotkać w typowych zastosowaniach przemysłowych, związanych z użytkowaniem systemów gromadzenia danych.

1. Zakłócenia sygnału

Podstawową przyczyną błędów występujących przy pomiarach są zakłócenia sygnału. Wywoływane są one przez multipleksery występujące w systemach gromadzenia danych, wykorzystujących do swojego działania komputery PC. System wejścia w multiplekserze zbiera ładunek proporcjonalny do wielkości próbki pomiarowej (czyli częstości zbierania danych). Dlatego wysoka częstość danych, a co za tym idzie ich ilość, może zaowocować gwałtownych wzrostem zakłóceń sygnału.

Aby obniżyć poziom występujących zakłóceń należy:

• zastosować izolację między wyjściem ze wzmacniacza a wejściem do multipleksera, szczególnie w sytuacji występowania wysokiego próbkowania. Niektóre systemy pomiarowe posiadają wbudowane wzmocnienia izolacji dla każdego kanału,
• stosować osłony kabli jako prosty sposób na obniżenie zakłóceń,
• wykorzystywać skręcone pary przewodów , co dodatkowo obniży interferencję,
• rozważyć zastosowanie wzmacniacza warunkującego sygnał, cechującego się niższym oporem i niewielką, ujednoliconą pojemnością. Ten krok może zmniejszyć występujące niedokładności.

2. Uszkodzenie przez napięcie

Wysokie napięcie może spowodować poważne uszkodzenia w urządzaniach zapisujących dane, jak też w całych systemach gromadzenia danych, opartych na komputerach PC. Sprzęt stosowany w odosobnieniu od innych instalacji także nie jest bezpieczny – problemy może spowodować błędne zastosowanie przewodów lub też inny błąd popełniony przy instalacji. Nawet nieznaczne przekroczenie zalecanego napięcia może spowodować, że przez kanały w urządzeniu płynąć będą błędne dane.

Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo uszkodzenie systemu, należy wybrać urządzenie z izolacją galwaniczną. Taki środek bezpieczeństwa spowoduje, że najważniejsze elementy systemu będą chronione przed skokami napięcia. Układy wejścia i wyjścia w systemach, zasilacze oraz czujniki także mogą zostać zaizolowane.

W przypadku pracy przy dużych operacjach przemysłowych lub innych zadaniach o szerokim spektrum zadań, system gromadzenia danych może być zagrożony przez niewłaściwą ochronę wejścia Dodatkowe zabezpieczenia mogą zapewnić izolowane, wewnętrzne bariery I obudowy. Należy upewnić się, że sprawdzone zostało maksymalne napięcie wejściowe dla danego systemu. Jest to określona przez producenta urządzeń, najwyższa wartość napięcia, jakie może trafić do systemu bez ryzyka jego uszkodzenia.

Moduły warunkujące sygnał wykorzystują różne ilości izolacji, aby wyeliminować problemy z niewłaściwym uziemieniem oraz zakłócenia związane z pole indukcyjnym. Podobnie jak w przypadku zakłóceń sygnału, zastosowanie wzmacniacza warunkującego sygnał zabezpieczy system przed uszkodzeniem związanym z napięciem przekraczającym zadaną tolerancję.

3. Napięcie sygnału wspólnego

Gdy systemy gromadzenia danych dokonują pomiarów przy występującym napięciu sygnału wspólnego, dokładność pomiarów będzie narażona na błędy. Użytkownicy systemów mogą oszacować wielkość niedokładności, sprawdzając wartości sygnału wspólnego (CMR), określonego przez producentów w specyfikacji urządzenia.

Powyższe zjawisko powodujące zakłócenia pojawia się, gdy sygnał wspólny dla dwóch linii przesyłowych o przeciwnej polaryzacji zanika w miejscu odbioru. CMR w praktyce zazwyczaj jest przedstawiany jako wskaźnik CMRR posiadający wartość określaną w decybelach. Im wyższy jest CMMR, tym wyższą cechuje się wydajnością. CMMR pokazuje jak bardzo wartość sygnału wspólnego wpłynie na dokładność systemu gromadzenia danych.

System pomiarowy, w którym występują zróżnicowane wartości wejścia może zredukować wartości napięcia sygnału wspólnego do poziomu określonego przez CMMR. Jeżeli wyniki pomiarów są zaburzane przez napięcie sygnału wspólnego, zarówno w przypadku zasilania prądem stałym jak i prądem zmiennym, można użyć wzmacniacza warunkującego sygnał w celu ograniczenia zakłóceń. Bariera izolacyjna wbudowana we wzmacniacz warunkujący sygnał wyeliminuje napięcie sygnału wspólnego. Jednakże CMMR samego wzmacniacza może być nieadekwatne w przypadku zasilania prądem stałym, przez co trudno będzie uzyskać wiarygodne pomiary. Typowym przykładem jest sytuacja, w której trzeba radzić sobie z zakłóceniami elektromagnetycznymi w rejonie prowadzenia operacji.

4. Szerokie zakresy pomiarów

W przypadku pracy przy dużych operacjach przemysłowych, system gromadzenia danych może być zagrożony przez niewłaściwą ochronę wejścia. Przykładowo zdarza się, że użytkownicy starają się mierzyć wysokie napięcia w sytuacji, gdy ich system ustawiony jest na pomiar niskich napięć. System przekracza wówczas maksymalne, zaimplementowane wartości. Bez zabezpieczenia wartości wejściowych, w najlepszym przypadku dochodzi wówczas do przedstawienia błędnych wyników, a w najgorszym do nieodwracalnego uszkodzenia systemu.

Istnieje wiele urządzeń, które mogą zabezpieczyć system przed szkodliwymi wartościami wejściowymi. Choć żadne z nich nie jest idealne, mogą one pomóc w zagwarantowaniu tego, iż system będzie mógł bezpiecznej poradzić sobie z nadmiernie wysokim sygnałem. W zależności od zastosowania można też zdecydować się na rozwiązanie mające na celu ochronę przed napięciem sygnału wspólnego i/lub pośrednimi czynnikami.