Подавлення завад загального виду у вимірювальних каналах

Abstract

У вимірювальних каналах виникають два види завад: (і) нормального виду (викликані електромагнітним полем); (іі) загального виду (викликані різницею потенціалів сенсора та вимірювального каналу). Тому необхідне подавлення завади загального виду. Основним методом подавлення є гальванічна розв’язка з допомогою імпульсних трансформаторів або оптронів, а також розділення обмоток трансформатора живлення. Таким чином, цей метод вимагає значних затрат на реалізацію. Простішим є пристрій, де сенсор з допомогою першої пари ключів періодично підключається до конденсатора, а потім конденсатор другою парою ключів підключається до входу вимірювального каналу. Обидві пари ключів ніколи не замкнені одночасно, чим досягається гальванічна розв’язка. Головним недоліком пристрою є значний вплив на результат вимірювання завад нормального виду. Суть запропонованого рішення полягає в тому, що на місце конденсатора вміщують вимірювальну частину в цілому. Вона має автономне живлення від акумулятора або конденсатора. Перший ключ (комутатор) підключає давачі до входу вимірювальної частини. Другий ключ підзаряджає джерело автономного живлення від звичайного заземленого блока живлення. Пристрій керування ключами працює так, щоби перший і другий ключі не були ввімкнені одночасно.

Two kinds of noises appear in the measurement channels [1 – 3]: (i) the normal mode noise (caused by electromagnetic field); (ii) the common mode noise (caused by an electric potential difference between the sensor and the measurement channel). For instance while measuring temperature, small resistance of insulation (3…10 kΩ at 1000°С [4]) creates an error up to 380 mV, if a furnace is supplied by the 220V network and thermocouple resistance is 20 Ω. Thermo electromotive force of K type thermocouples at 1000°С is about 40 mV. That is why the sufficient common mode noise rejection is required. The most often common mode noise is rejected by the galvanic separation [2 – 6] using either pulse transformer [6] or optocouplers [2 – 5] as well as separation of transformer winding. So, the galvanic separation method requires much additional expenses. The device presented in [5] (page 2151, Fig 80.9) is much simpler. A sensor is periodically connected to a capacitor by the first couple of switches of a switchboard. Then the capacitor is connected to the input of the measurement channel by the second couple of switches. Both couples of switches are never switched simultaneously, which results in the galvanic separation. But the device mentioned in [5] is not widely used mainly due to the considerable effect of normal noise. The main idea of the proposed solution is that the “flying” capacitor is replaced by the measurement channel. It is supplied by an autonomous battery. Its capacity makes possible to provide proper operation of the measurement channel during at least one measuring cycle. The first switch (switchboard) connects sensors to the input of the measurement channel. The second one charges an autonomous battery. The microcontroller of keys controls the operation so that the first and the second keys were not switched on simultaneously. The proposed solution results in sufficient common mode noise rejection. The gain of proposed solution is due to application of cheaper non-shielded transformers