Нормализаторы сигналов: функции, типы и применение в промышленности

Что такое нормализатор сигнала. Как работают формирователи сигналов. Какие бывают типы преобразователей сигналов. Для чего нужны нормализаторы в промышленности. Как выбрать подходящий формирователь сигнала.

Что такое нормализатор сигнала и зачем он нужен

Нормализатор сигнала (также называемый формирователем или преобразователем сигнала) — это устройство, которое преобразует один тип электрического сигнала в другой, более подходящий для дальнейшей обработки. Основные задачи нормализатора:

• Преобразование слабых сигналов датчиков в стандартные промышленные сигналы
• Усиление слабых сигналов
• Фильтрация помех и шумов
• Линеаризация нелинейных сигналов
• Гальваническая развязка цепей
• Согласование сигналов разных типов

Нормализаторы сигналов играют ключевую роль в системах автоматизации, измерения и управления технологическими процессами. Они обеспечивают корректную передачу информации от датчиков к контроллерам и другим устройствам обработки данных.

Как работает формирователь сигнала

Принцип работы формирователя сигнала включает несколько этапов обработки входного сигнала:

1. Прием входного сигнала от датчика или измерительного преобразователя
2. Усиление слабого сигнала до необходимого уровня
3. Фильтрация помех и шумов
4. Линеаризация характеристики (при необходимости)
5. Преобразование в требуемый выходной сигнал (ток, напряжение и т.д.)
6. Гальваническая развязка входных и выходных цепей
7. Формирование выходного сигнала стандартного вида

На каждом этапе применяются специальные схемы и алгоритмы обработки сигнала. Современные нормализаторы часто реализуются на базе микропроцессоров, что позволяет гибко настраивать их параметры.

Основные типы преобразователей сигналов

Существует несколько основных типов нормализаторов сигналов в зависимости от выполняемых функций и области применения:

Универсальные формирователи сигналов

Это многофункциональные устройства, способные работать с различными типами входных и выходных сигналов. Их можно настроить на нужный тип сигнала программным путем. Преимущество — универсальность применения.

Многоканальные нормализаторы

Обрабатывают несколько входных сигналов одновременно. Используются для подключения нескольких датчиков к одному устройству. Позволяют сэкономить место и уменьшить количество проводов.

Изолирующие преобразователи

Обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей. Защищают оборудование от помех, наводок и паразитных токов. Часто применяются во взрывоопасных зонах.

Разделители сигналов

Принимают один входной сигнал и формируют два или более идентичных выходных сигнала. Позволяют подключить несколько приемников к одному источнику сигнала.

Применение нормализаторов сигналов в промышленности

Формирователи сигналов широко используются в различных отраслях промышленности:

• Нефтегазовая отрасль — для подключения датчиков давления, температуры, расхода
• Энергетика — в системах учета электроэнергии, контроля параметров генераторов
• Металлургия — для измерения температуры плавки, контроля химического состава
• Пищевая промышленность — в системах контроля качества продукции
• Фармацевтика — для прецизионных измерений в производстве лекарств
• Транспорт — в системах мониторинга состояния транспортных средств

Нормализаторы обеспечивают надежную передачу измерительной информации в сложных промышленных условиях, повышая точность и достоверность данных.

Как выбрать подходящий нормализатор сигнала

При выборе нормализатора сигнала следует учитывать несколько ключевых факторов:

1. Тип и диапазон входного сигнала (ток, напряжение, сопротивление и т.д.)
2. Требуемый тип и диапазон выходного сигнала
3. Необходимость гальванической развязки
4. Требуемая точность преобразования
5. Условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
6. Наличие специальных функций (линеаризация, фильтрация)
7. Способ монтажа (на DIN-рейку, в панель и т.д.)
8. Наличие цифровых интерфейсов для настройки

Правильный выбор нормализатора позволит обеспечить надежную работу измерительной системы и получить точные данные для управления технологическим процессом.

Современные тенденции в развитии нормализаторов сигналов

В настоящее время наблюдаются следующие тенденции в развитии технологий нормализации сигналов:

• Миниатюризация устройств при сохранении функциональности
• Повышение точности преобразования и снижение погрешностей
• Расширение диапазона рабочих температур
• Внедрение цифровых интерфейсов для настройки и диагностики
• Применение программируемых микропроцессоров для гибкой настройки
• Интеграция функций самодиагностики и самокалибровки
• Поддержка промышленных протоколов связи (Modbus, HART и др.)

Эти инновации позволяют создавать более надежные и функциональные системы измерения и управления в промышленности.

Преимущества использования нормализаторов сигналов

Применение нормализаторов сигналов в промышленных системах дает ряд важных преимуществ:

1. Повышение точности измерений за счет согласования сигналов
2. Улучшение помехозащищенности измерительных каналов
3. Возможность подключения датчиков с разными выходными сигналами
4. Унификация сигналов в системе управления
5. Защита дорогостоящего оборудования от перегрузок
6. Увеличение дальности передачи сигналов
7. Упрощение обслуживания и диагностики оборудования

Все это в конечном итоге приводит к повышению надежности и эффективности работы автоматизированных систем управления технологическими процессами.

ME-402 Нормализатор сигнала одноканальный

Главная → Продукция и услуги → Вспомогательное оборудование → Усилители-преобразователи → ME-402

	±10 В 1 … 100 000 Гц
	Назначение и область применения Модуль ME‑402 предназначен для преобразования сигналов от датчиков расхода турбинного типа, датчиков числа оборотов в прямоугольные импульсы TTЛ уровня с гальванической развязкой по питанию. Обеспечивает фильтрацию шумов за счет применения ПИК-детектора.

Особенности

ME-402. Преобразование сигнала

 

Технические характеристики

Параметр	Значение
Максимальное входное напряжение, В	±10
Частотный диапазон, Гц	1 … 100 000
Минимальное входное напряжение при частоте сигнала 10 Гц, мВ	±10
Минимальное входное напряжение при частоте сигнала 100 Гц, мВ	±10
Минимальное входное напряжение при частоте сигнала 1 кГц, мВ	±10
Минимальное входное напряжение при частоте сигнала 10 кГц, мВ	±20
Минимальное входное напряжение при частоте сигнала 50 кГц, мВ	±100
Минимальное входное напряжение при частоте сигнала 100 кГц, мВ	±600
Предельное значение напряжения на входе, В	±40
Входное сопротивление, МОм	2
Напряжение выходного сигнала	TTЛ-совместимые
Напряжение питания, В	12

Организация измерительного канала

Новинки продукции

MIC-1500

Цифровая многоканальная телеметрическая система

до 64 тензоканалов

до 80 каналов температуры

бесконтактная передача питания

широкий температурный диапазон

MIC-1150

Малогабаритный модульный регистратор сигналов

до 128 каналов

MIC-1170

Внешний измерительный модуль

4 канала

MIC-355М

Переносной регистратор-анализатор динамических параметров

6 слотов (24 аналоговых канала)
частота дискретизации до 216 кГц/канал при разрешении 24 бит

MIC-185

Многоканальная тензостанция для статического тензометрирования

64 канала

мост, полумост, одиночный тензометр

Измерительный преобразователь нормализатор сигналов АКОН

Всё о товареХарактеристики

Паспорта

Наличие на складе: ДА

Общее описание:

Одноканальный модуль гальванической развязки/нормализатор сигналов (измерительный преобразователь). Подключение по входу двух-, трех-, и четырехпроводное. Напряжение, ток, термопары, тензомосты, термосопротивления. Компенсация холодного спая, линеаризация характеристик. На выходе нормированный ток или напряжение. Два входа с одним общим, при заказе арифметической функции, формула вычисления задаётся при заказе. Погрешность 0,07%. Питание 10-30В. Клеммники под винт.

Краткие характеристики:

Количество входных каналов	1(2)
Количество выходных каналов	1
Полоса пропускания	5Гц/16Гц/50Гц….100кГц (указывается)

Взять на тест

Купить

Прайс-лист

Техническое описание

Administrator

WAD-A-MAX 0-10V to 4-20mA.docx

WAD-A-MAX 22D’-29 100kHz.

doc

WAD-A-MAX BC-29 100kHz.doc

Посмотреть все паспорта

WAD-A-MAX 0-10V to 4-20mA.docx

WAD-A-MAX 22D’-29 100kHz.doc

WAD-A-MAX BC-29 100kHz.doc

WAD-A-MAX BX-29 100kHz.doc

WAD-A-MAX Con 07-27`.doc

WAD-A-MAX Con 07-29.doc

WAD-A-MAX Con 52-96.doc

WAD-A-MAX con 02-92,96.doc

WAD-A-MAX con 05-96.doc

WAD-A-MAX con 0E-92,96.doc

WAD-A-MAX con 0E-92.doc

WAD-A-MAX con 1E-96.doc

WAD-A-MAX con 1F`-09. doc

WAD-A-MAX con 23x-96.doc

WAD-A-MAX con 96-09.doc

WAD-A-MAX con 96-96.doc

WAD-A-MAX con 9D-96.doc

WAD-A-MAX con AB-96.doc

WAD-A-MAX con AD-96.doc

WAD-A-MAX-con 370-96.doc

WAD-A-MAX-con 37X-08.doc

WAD-A-MAX-con 37X-96.doc

WAD-A-MAX-con 5X-09.doc

WAD-A-MAX-con Ni1000 TK5000 -50+150 4-20 mA.doc

WAD-A-MAX-con Tenso-96.doc

Функциональные аналоги:

Модуль гальванической развязки

WAD-2A-MAX

Есть на складе

Купить

• Входных каналов — 1(2)
• Выходных каналов — 2
• Полоса пропускания — до 100Гц

Модуль гальванической развязки

WAD-2AR-BUS

Есть на складе

Купить

• Входных каналов — 1(2)
• Выходных каналов — 2
• Полоса пропускания — Полоса пропускания — до 100Гц

Отзывы о тестах устройств:

C этим товаром так же просматривают:

Интеграционный контроллер

WebHMI

Есть на складе

Купить

• Интерфейсы — 2 x Ethernet, WLAN, RS-485, USB 2. 0
• Поддержка 3G модемов — Да

Блок питания

WAD-MDR-60-24

Есть на складе

Купить

• Мощность — 60Вт
• Выход — 24В
• Защита от перегрева, перегрузки по току

Поверхностные

Модификация 210

Есть на складе

Купить

• Термометры — ТСМ, ТСП
• Термопары — ТХА, ТХК, ТЖК
• полупроводниковые преобразователи — ТП

Блок питания

WAD-MDR-100-24

Есть на складе

Купить

• Мощность — 100Вт
• Выход — 24В
• Защита от перегрева, перегрузки по току.

Формирователи сигналов

Сегодня цифровые компьютеры и другие микропроцессорные устройства заменили аналоговые технологии записи и отображения во всем, кроме самого простого сбора данных. И хотя компьютеры оказали бесспорно положительное влияние на практику сбора данных, они говорят только на бинарном языке единиц и нулей. Однако производственные процессы и природные явления по самой своей природе все еще аналогичны. То есть природные процессы имеют тенденцию плавно изменяться во времени, а не прерывисто менять состояния от черного к белому, от включенного к выключенному.

Во многих промышленных приложениях необходимо, чтобы аналоговые измерения, такие как давление, температура, скорость потока, нагрузка, ph/проводимость и положение, регистрировались или управлялись компьютером. Цифровые события, такие как отключение двигателя или импульс, генерируемый объемным расходомером, также должны быть интерпретированы как изменение уровня транзисторно-транзисторной логики (TTL) в напряжении. Чтобы устройство сбора данных работало эффективно и точно, выходной сигнал от этих различных датчиков требует обработки сигнала.

Преобразование сигнала, жизненно важный процесс, выполняемый в системе сбора данных, включает в себя манипулирование выходным аналоговым сигналом датчиков для подготовки к следующему этапу обработки. Обработка сигналов усиливает и преобразует сигналы от различных датчиков и преобразователей в легко читаемые, совместимые формы для систем сбора данных.

Этот процесс «обработки» сигналов осуществляется с помощью прибора, называемого формирователем сигналов — устройства, которое преобразует один тип сигнала в сигнал, совместимый с устройствами контроля и управления технологическим процессом.

Почему преобразование сигнала важно?

В реальных приложениях датчики и преобразователи, подключенные к системам для измерений, часто подвергаются воздействию агрессивных сред, в которых могут возникнуть сбои. Кроме того, полномасштабные выходные данные большинства датчиков относительно слабы. Выход обычно состоит из небольших изменений напряжения, тока или сопротивления. Если в систему сбора данных подаются слабые сигналы, вывод, скорее всего, будет бессмысленным. Формирователи сигналов обеспечивают необходимую схему между датчиком и системой сбора данных. Эта схема обеспечивает надлежащее согласование выходного сигнала до того, как может произойти какая-либо дальнейшая обработка сигнала. Для каждого конкретного датчика преобразователь сигналов служит интерфейсом для возбуждения, масштабирования или буферизации реальных сигналов.

Как работает формирователь сигнала?

Формирователь сигналов — это схема, которая выполняет набор операций над сигналом и делает его пригодным для дальнейшей обработки. Он состоит из входа и выхода, где входом обычно является датчик, который измеряет переменную окружающей среды и/или структурную переменную.

Ниже приведены распространенные типы преобразования сигнала:

Усиление: Усиление происходит при увеличении общей амплитуды сигнала, что увеличивает разрешение измерения, а также чувствительность сигнала. Стратегически расположенные внешние преобразователи сигналов могут увеличить уровень напряжения до того, как на него повлияет шум окружающей среды. Преобразование сигнала 0–10 мВ в сигнал 0–10 В является примером усиления. Термопары и тензодатчики — это датчики, которые обычно требуют усиления.

Изоляция: Входные сигналы за пределами диапазона дигитайзера могут серьезно повредить чувствительное оборудование. Изоляция разрывает гальванический путь между входным и выходным сигналом. Путем разрыва гальванического пути нежелательные сигналы на входной линии предотвращаются от прохождения на выход. Изолятор также может отфильтровывать любые нежелательные шумы на пути прохождения сигнала и устранять любые электростатические помехи, вызванные контурами заземления, которые также могут повредить любые устройства, подключенные к датчику. Вход обычно передается на выход путем преобразования его в оптический или магнитный сигнал, а затем восстанавливается на выходе. Изоляция также используется для предотвращения контуров заземления. Если датчик находится на другой плоскости заземления от измерительного датчика, например, термопара, установленная на двигателе, также может потребоваться изоляция.

Линеаризация: Линеаризация — это действие по преобразованию нелинейного входного сигнала в линейный выходной сигнал. Она необходима, когда датчики выдают сигналы, которые не связаны линейно с физическим измерением. Термопара является примером датчика, требующего линеаризации.

Фильтрация: Не весь частотный спектр сигнала содержит достоверные данные. На самом деле, некоторые частоты, например, в линиях электропередач переменного тока частотой 50-60 Гц, могут вызывать нежелательные шумы в сигнале. Именно здесь фильтрация используется для устранения этих нежелательных частот для получения чистого и последовательного сигнала.

Возбуждение: Напряжение возбуждения требуется для работы активного датчика, такого как термистор, RTD или датчик давления. Стабильность и точность сигнала возбуждения напрямую влияет на стабильность и точность датчика.

Компенсация холодного спая: Компенсация холодного спая (CJC) используется для термопар и требуется для обеспечения точных измерений. CJC регулирует сигнал термопары в соответствии с колебаниями комнатной температуры и повышает точность измерений.

Преобразование сигнала является важным аспектом любой системы сбора данных, и существует множество различных типов преобразователей сигналов, различающихся как физическим значением, которое они измеряют, так и специфическими характеристиками.

Выберите правильный формирователь сигналов для вашего приложения

Крепление на DIN-рейку
Как следует из названия, преобразователь сигналов для монтажа на DIN-рейку крепится на кронштейне DIN-рейки. Разделительные усилители на DIN-рейке очень популярны в промышленных приложениях, поскольку они обеспечивают прочный монтаж как для нескольких, так и для большого количества преобразователей сигналов.

Интеллектуальные датчики и интерфейсы Omega Link
Интеллектуальные интерфейсы Omega Link являются идеальной альтернативой традиционным преобразователям сигналов, которые обеспечивают удаленное подключение и цифровой ввод/вывод для автоматического локального управления. Совместим с широким спектром выходных устройств, таких как термопары, термометры сопротивления, термобатареи Heat Flux, тензодатчики и многое другое для мониторинга и управления технологическими процессами. Интерфейс Omega Link Modbus обеспечивает возможности периферийных вычислений интеллектуальных интерфейсов в существующей сети Modbus с передачей данных RS485 на компьютерное устройство или интеллектуальный шлюз для подключения к облаку.

Формирователи сигналов для монтажа на объединительной плате
Некоторые преобразователи сигналов также могут быть установлены на общей объединительной плате. Преимущество стиля объединительной платы состоит в том, что все выходные сигналы доступны через один общий разъем. Формирователи сигналов на объединительной плате часто используются с системами сбора данных, поскольку один кабель может соединять несколько преобразователей с устройством сбора данных.

Цифровые преобразователи сигналов
Цифровые преобразователи сигналов являются одной из последних разработок в области преобразователей сигналов. Выход цифрового преобразователя сигнала преобразуется в цифровой формат, такой как RS232, RS485 или даже Ethernet. Цифровые сигналы имеют ряд преимуществ перед аналоговыми сигналами. Они обеспечивают высокую степень защиты от электрических помех, они также могут поддерживать большие расстояния передачи и легко подключаются к компьютеру. С выходом Ethernet входной сигнал может быть прочитан по всей сети или даже через Интернет, если это настроено.

Типы преобразователей сигналов по характеристикам

1. Универсальный формирователь сигналов

Универсальный формирователь сигналов — это устройство, которое можно запрограммировать на несколько комбинаций входных/выходных конфигураций. От тока, напряжения, термопары, RTD и потенциометра до линейных сигналов сопротивления, устройство позволяет легко подключать самые распространенные датчики, не требуя отдельного формирователя сигналов для каждого. Устройство поставляется с программируемым модулем, который позволяет настроить формирователь сигналов для конкретных требований ввода/вывода.

Промышленный формирователь сигналов ClipX, устанавливаемый на DIN-рейку
Имея класс точности 0,01% и встроенный сертификат калибровки, помехоустойчивый формирователь сигналов ClipX устанавливает новые стандарты в управлении промышленными процессами.

2. Многоканальный формирователь сигналов

Многоканальный формирователь сигналов работает аналогично универсальному преобразователю сигналов, позволяющему использовать несколько комбинаций входных/выходных сигналов. Однако в случае универсального преобразователя сигналов имеется только один вход и один выход. Принимая во внимание, что многоканальное устройство будет иметь возможность 2 или более входов/выходов.

3. Формирователь сигналов и изолятор

Формирователь сигналов и изолятор часто используются в приложениях, где требуется передача сигналов от источника к измерительному устройству без физического соединения. Изоляторы также предотвращают нежелательные токи контура заземления и защищают систему управления от переходных процессов и электрических помех, возникающих из-за непредсказуемых полевых условий.

Изолированный преобразователь сигналов, устанавливаемый на DIN-рейку
Изолированный преобразователь сигналов, устанавливаемый на DIN-рейку, представляет собой конкурентоспособный выбор как по цене, так и по технологии гальванической развязки сигналов технологического напряжения или тока для систем SCADA или оборудования ПЛК.

4. Разделитель формирователя сигнала

Разделитель преобразователя сигнала принимает один входной сигнал и разделяет выходной сигнал на два идентичных сигнала через два отдельных канала. Эти каналы изолированы друг от друга и работают независимо. Изоляция дополнительно помогает предотвратить контуры заземления и переходные сигналы. Эти устройства полезны в приложениях, требующих измерения выходного сигнала в двух разных областях от одного базового блока ретранслятора.

• Что такое формирователи сигналов
• Типы преобразователей сигналов

Что такое преобразователь сигнала? | Функции

Преобразование сигнала

Основная функция преобразователя сигнала заключается в приеме сигнала и преобразовании его в электрический сигнал более высокого уровня. Преобразование сигнала часто используется в промышленных приложениях, в которых для выполнения измерений используется широкий спектр датчиков. Из-за того, что используются разные датчики, может потребоваться преобразование генерируемых сигналов, чтобы их можно было использовать для приборов, к которым они подключены. Любой сигнал датчика может быть преобразован в любой стандартный сигнал процесса.

Линеаризация

Некоторые преобразователи сигналов могут выполнять линеаризацию, когда сигналы, создаваемые датчиком, не имеют прямой зависимости от физического измерения. Это процесс интерпретации сигнала от программного обеспечения, и он является общим для сигналов термопары. Этот метод используется для достижения более высокой точности, поскольку каждый датчик не является полностью линейным. Параметры линеаризации оцениваются во время калибровки датчика и указываются в протоколе калибровки датчика.

Усиление

Следующим шагом является усиление сигнала и процесс усиления сигнала для обработки или оцифровки. Есть два способа усиления сигнала; за счет увеличения разрешения входного сигнала или за счет увеличения отношения сигнал/шум.

В преобразователе сигнала используется ряд различных усилителей для различных целей, в том числе инструментальные усилители, которые оптимизированы для использования с сигналами постоянного тока и характеризуются высоким входным сопротивлением, высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR) и высоким коэффициентом усиления. Другим примером преобразователя сигналов, используемого для усиления, может быть изолирующий усилитель, который предназначен для изоляции высоких уровней постоянного тока от устройства при пропускании слабого переменного или дифференциального сигнала.

Фильтрация

Другой важной функцией преобразователя сигналов является фильтрация, при которой частотный спектр сигнала фильтруется, чтобы включать только достоверные данные и блокировать любой шум. Фильтры могут быть выполнены как из пассивных и активных компонентов, так и по цифровому алгоритму. В пассивном фильтре используются только конденсаторы, резисторы и катушки индуктивности с максимальным коэффициентом усиления, равным единице. Активный фильтр использует пассивные компоненты в дополнение к активным компонентам, таким как операционные усилители и транзисторы. В современных преобразователях сигналов используются цифровые фильтры, поскольку их легко настроить и для них не требуется никаких аппаратных средств. Цифровой фильтр — это математический фильтр, используемый для манипулирования сигналом, например для блокировки или прохождения определенного частотного диапазона. Они используют логические компоненты, такие как ASIC, FPGA или в виде последовательной программы с сигнальным процессором.

Функции оценки и Smart-функции

Чтобы обеспечить дополнительные преимущества для пользователя и процесса, современные преобразователи сигналов имеют дополнительные функции для оценки сигналов и предварительной обработки данных измерений. Это помогает быстро отслеживать и анализировать предупреждения и аварийные сигналы непосредственно через электрический коммутационный выход. Дополнительные Smart-функции, такие как внутренний расчетный канал, могут обрабатывать математические функции, такие как сложение сигналов датчиков, вплоть до технологических операций, таких как ПИД-регулятор. Эти функции помогают получить быстродействующую систему и снизить нагрузку на систему управления машиной.

Интерфейсы

Преобразователи сигналов должны передавать сигналы датчиков через стандартные интерфейсы и протоколы в систему управления машиной. Эти интерфейсы могут быть аналоговыми или цифровыми. Обычными аналоговыми интерфейсами являются сигналы напряжения (+/-10 В) или тока (+/- 20 мА), которые просты в обращении, но для каждого сигнала требуется отдельная проводка. Современные цифровые интерфейсы разработаны как шинные интерфейсы на базе Ethernet (Profinet, Ethercat, Ethernet/IP) и позволяют подключать несколько компонентов одним проводом. Это уменьшает количество проводов, а также позволяет передавать дополнительную информацию, например, диагностическую информацию о компонентах, что очень важно для сокращения времени простоя и ускорения технического обслуживания.