절연은 측정 결과를 향상시킵니다.
여러 요소들이 측정 결과의 품질에 영향을 줍니다. 어떤 어플리케이션에서는 갈바닉 절연이 성능 향상에 큰 역할을 합니다. 다음의 글은 상이한 위상에 대해 유리한 점과 그 한계에 대해 논의하고 있ㅅ브니다.
어플리케이션 요구사항
특정 측정 문제는 큰 기계류나 또는 생산 라인의 예에서 쉽게 설명 할 수 있습니다. 그림 1은 두 개의 측정 지점( 예를 들어, 두 개의 모터가 제지공장에 있다고 가정을 하고) 이 각각 50m 떨어져 있는 상황을 설명하고 있습니다. 사용자는 시스템을 이들 중간에 설치하려는 경향이 있고, 이를 두 측정 지점을 케이블로 연결하여 동작 시키려고 합니다. .
특징을 살펴보면, 시험체 (DUT)는 접지 되어 있고 데이터 수집 시스템(DAQ) 또한 메인 연결(Connection)이 접지 되어 있습니다. 대부분 사람들은 각 접지 연결의 전기전 전위는 동일하다고 여깁니다.
이러한 가정은 불행히도 항상 맞는 것은 아니며, 이는 주로 부적합한 접지 배선(접지선의 굵기가 너무 작거나, 잘못된 연결 등)으로 결합된 부하 스위칭에 원인이 있습니다. 다른 측정 지점의 접지 연결의 전위는 짧으 시간 동안에 변할 수 있습니다.
비록 이들의 차이가 짧은 시간 동안 몇 볼트의 전위 차이로 발생하지만, 발생된 영향은 여전히 중요합니다.
다른 전위의 두 측정 지점이 낮은 임피던스의 케이블(에, 측정 케이블)로 연결이 될 때, 전류가 흐르기 시작하고 전위 차이는 같아지게 됩니다. 1Volt의 전위차와 0.1Ohm케이블 저항이라 가정해 보면, 전류는 10Amps가 흐를 것입니다.
이러한 현상은 접지 루프(ground loop)라 불리며, 측정 기구뿐만 아니라 시험체(DUT)에도 손상을 주며, 측정 감도에도 영향을 줍니다.
외부 절연 증폭기
가장 간단한 접근 방법은 센서와 측정 시스템 사이에 절연 센서 또는 절연 증폭기를 사용하는 것입니다.(그림 2 참조) 그라운드 루프는 제거 되었습니다.
이 점은 다음과 같습니다. 기존의 데이터 수집 시스템(DAQ)뿐만 아니라, 시장에 나와 있는 타사 및 다른 사양의 제품과 연관있는 비싸지 않고, 모듈 방식이며, 일반 목적의 절연 증폭기를 계속해서 사용할 수 있습니다.
한계
기본적으로, 외부 절연 증폭기는 3종류의 한계가 있습니다.
첫째, 주 전원이 공급 될 필요가 있는 추가적인 박스를 다루는 것이 휴대용 어플리케이션(문제발션, 예측 정비 작업 등)에 대한 사용성의 관점에서 보면 한계가 있습니다.
둘째, 아날로그 대역폭, 절연 전압 및 정확도의 스펙은 측정 체인의 전체 신호 품질의 관점에서 보면 한계 요소입니다.
셋째, 세 번째 한계는 절연 증폭기는 긴 아날로그 신호 경로의 영향을 제거하지 않는 다는 것입니다. 위에서 서술한 어플리케이션에서, 전자계장 환경은 고려되어야만 합니다.
유입 전류 및 유도 부하가 더 높게 바뀔수록, 더 많은 방해가 생성 됩니다. 긴 측정 선은 안테나 역할을 하고, 측정 신호에서 보이는, 모든 종류의 전자계 에너지를 수신합니다.
내부 절연
유용성 및 신호 품질을 개선 하기 위해서는 DAQ 시스템을 절연해야 합니다.(그림 3 참조)
이러한 해결책은, 유지 보수 작업 및 한층 더 개선된 DAQ 시스템에 사용되는 휴대용 측정 장비에서 종종 사용되곤 합니다. 독립형 외부 절연 증폭기는 일반적으로 수 kHz에서 대략 50kHz까지 아날로그 대역폭을 제공하는데, 이는 사용되는 기술에 따라 달라집니다. 내부 절연 증폭기는 다른 기술을 사용하며, 수 백 kHz에 이르는 대역폭을 쓸 수 있습니다.
광섬유 외부 절연
기본적으로, 열악한 전자계장 환경에서 긴 신호 선의 문제를 제거할 수 있는 해결책은 두 가지가 있습니다. 전통적인 것은 상위 - 품질의 케이블(2중차폐, 3중 차폐), 차폐된 케이블 관을 사용하고, 케이블을 방해가 되는 소스(source)에서 멀리 두는 것입니다.
두 번째 바업은 광섬유 절연 시스템을 사용하는 것입니다.(그림4 참조) 이는 아날로그 인/아날로그-아웃 구조를 가지는데, 외부 절연 증폭기와 유사합니다.(그림2): 아날로그 입력 신호는 절연 베리어(Barrier)를 통해 전송되고, 출력은 다시 아날로그 신호입니다.
비슷한 것은 여기까지 입니다. 나머지 부분은 다릅니다. 광섬유 절연 시스템은 측정 포인트에가까이 위치한 배터리로 동작하는 프론트- 엔드(front end)로 구성되어 있습니다.
프론트 -엔드 전송기는(Tx)는 입력 증폭기 및 아날로그- 투 - 디지털 변환기( A/D)로 구성되어 있습니다. 측정된 신호는 디지털화 되고, 정보는 DAQ 시스템에 가까이 위치한 수신기로 전송됩니다.
수신기(Rx)에서 데이터는 아날로그- 투- 디지털 변환기를 통해 처리되고, 아날로그 출력 신호로 다시 구성됩니다. 측정 목적의 광섬유 절연 시스템의 최대 아날로그 대역폭은 20MHz입니다.
이는 주로 기존의 측정 시스템에 절연 방법을 추가해서 사용합니다.(오실로스코프, 트렌지언트 기록장치, DAQ 시스템)
광섬유 내부 절연
두 개의 외부 -절연 해결책 (그림 2 및 4)은 하나의 공통점이 있습니다. 아날로그 출력 신호가 아날로그 입력 신호에서 만들어 지는데, 그런뒤에, DAQ 시스템의 아날로그 입력으로 보내게 됩니다.
예닐곱 개의 스펙은 측정의 정밀도에 매우 중요하며, 측정 체인의 전체적인 불확실성이 어플리케이션의 요구 사항에 맞아야 하는 것을 사용자는 확인해야만 합니다. 오랜 시간동안, 이는 현장 측정( 문제찾기, 예방 정비)에서 중요한 요소는 아니었지만, 이제는 검증 및 연구 어플리케이션에서 주요요소들 중에 하나가 되었습니다.
여기에, 가능성이 가장 낮은 불확실성을 가진 측정 작업의 실행을 종종 요구합니다.
그림 5는 이들 어플리케이션을 보여주는데, 여기에서 광섬유 절연 시스템의 수신기(Rx)는 직접 DAQ 시스템으로 통합됩니다. 디지털화되어 전송된 데이터는 직접 저장되고, 아날로그 신호로 다시 구성되지 않기에, 두 번째로 디지털화 하는 것은 필요하지 않습니다. 이는 전체적인 정확도를 개선하고 측정 체인의 불확실성을 현저하게 줄여 줍니다.
What is best최선의 방법은?
최상의 기술은 무엇입니까? 질문은 다음과 같이 다시 해야 할 것입니다. "어떤 위상이 내 요구사항에 가장 잘 맞을까?" 성능의 수준은 요구하는 정도에 따라 결정이 되며, 이는 가격에 반영됩니다.
중요한 첫 질문에 대한 답은, " DAQ 시스템을 어디에 둘 수가 있는지 또는 이 시스템을 반드시 재사용해야 하는지"를 생각하는 것입니다. 그런 뒤, 절연의 목적이 정의되어야 합니다. 이는 '개인에 대한 안전'. '접지 루프를 제거하고', '측정 포인트와 DAQ 사이의 브리지(Bridge)까지의 거리뿐만 아니라, 전위(potential)측정을 가능하게 하는 높은 절연 전압 측정' 등을 다룰 수 있습니다.
마지막으로, 아날로그 대역폭, 정확도 및 측정 불확실성에 관련한 요구 사항들 또한 정의할 필요가 있습니다. 평가의 마지막 단계는 정의된 요구 사항을 만족하기 위해 가능한 자금을 조정하는 것입니다.
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