Rušenie na meracom vedení
Prenos signálu medzi snímačom alebo čidlom a miestom sledovania alebo spracovania signálu na osciloskope, PC alebo ukazateľoch môže byť natoľko rušený alebo skreslený, že sledovanie, meranie alebo spracovanie nie je možné. Rušivé vplyvy na vedenie môžu byť galvanické, indukčné alebo kapacitné.
Galvanické rušivé vplyvy vznikajú v tých častiach vedenia, v ktorej sídli merací systém s inými užívateľmi, napr. na vedení prenášajúcom ešte iné merné signály alebo riadiace signály alebo na energetických rozvodoch využívaných meracím systémom. Rušivé vplyvy môžu preniknúť spoločným zemniacim vodičom z iných obvodov (obr.1). Na prechodových odporoch zásuviek a konektorov môžu vznikať rušivé striedavé napätia, ktoré sa pričítajú k prenášanému signálu. Jednotlivé snímače musia
mať svoje vlastné meriace vedenie a zemniace vodiče
musia byť spojené hviezdovite do jedného spoločného bodu (obr.1). Inak by nebolo možné tieto signály spracovať spoločne bez nebezpečia dodatočného napätia medzi koncami vedenia do dvoch rôznych snímačov.
Okrem rušivých signálov prenikajúcich do meracích obvodov cestami vznikajú v meracích sústavách, a to hlavne v meracích vedeniach, rušivé signály vplyvom
rušivých elektrických a magnetických polí.
Príklad
Vedenie dĺžky l= 2m má na dĺžku jedného metra indukčnosť ∆L /l = µH /m. Aký rušivý napäťový impulz bude indukovaný pri zapnutí prúdu I= 500 mA behom časového okamihu diaľky t=1 µs do meracieho vedenia cez spoločný zemniaci vodič?
Riešenie:
Indukčnosť vedenia: L=∆L . l = 1µH . 2m= 2µH
— —
∆l m
Rýchlosť zmeny prúdu pri napätí: ∆i= 500mA
— ———
∆t 1 µs
Indukované napätie: Ui= -L ∆i= -2 µH . 500 mA= -1V
— ———
∆t 1 µs
Merací obvod je nutné galvanicky oddeliť od využívaného silového vedenia. Oddelenie môže (obr.1) chybné a správne pospojovanie vodičov
byť elektromechanické pomocou relé, elektromag- spoločnej zemi
netické pomocou zlaďovacích transformátorov alebo
optoelektronické pomocou optočlenov.
Zemniace vodiče vedenia snímačov jedného meracieho systému musí byť na koncoch týchto vedení hviezdicovite pripojené do jedného spoločného referenčného bodu (obr.1)
Indukované rušivé vlny prenikajú pri zmenách okolitého magnetického poľa indukčnou väzbou z iného obvodu alebo zo silných elektromagnetických polí (napr. pri indukčných peciach). Rušivý signál môže byť naindukovaný na signálny aj zemniaci vodič a zvlášť v mieste, kde tvorí vodič slučku (obr.1 na ďalšej strane). Ak sú vodiče signálnej dvojlinky stočené, odstráni sa tým vplyv slučky alebo vznikne rad opačne orientovaných veľmi malých slučiek, ktorých vplyvy sa kompenzujú.
Stočenie signálnych vodičov do tzv. krútenej dvojlinky (twisted pair) má význam nielen ako ochrana pred cudzím rušením, ale aj ako zábrana vysielania rušivých signálov. Rušivé vplyvy susedných slučiek sa kompenzujú (obr.2).
Elektromagnetickému rušeniu medzi signálnymi a meracími vedeniami je možné zabrániť používaním krútených dvojliniek.
Meracie vedenia by mali byť vedenia čo najďalej od ostatných vedení a pokiaľ možno nie rovnobežne s nimi a rozhodne by mala byť uložená v káblových kanáloch s ovládacími a napájacími vodičmi a káblami. Ak je vedené do jedného miesta viac meracích vedení, môže veľký zvodový prúd (obr.1) indukované rušenie
vyvolaný úderom blesku naindukovať do ostatných vedení impulz vysokého napätia, ktorý môže zničiť meracie prístroje. Meracie vedenie je preto nutné chrániť prepäťovými ochranami, napr. varistormi na vstupoch meracích prístrojov, zosilňovačov a meracích ústrední s počítačmi.
Elektromagnetické rušenie je možné významne obmedziť tienením meracích vedení, snímačov a tiež zdrojov elektromagnetického rušenia, akými sú napr. tyristorové regulátory. K tieneniu je možno použiť dobré elektromagnetické vodiče, ako feromagnetické materiály, alebo dobré vodiče vírivých prúdov, ako napr. meď alebo hliník. (obr.2) ochrana proti indukovanému rušeniu
Meranie vedenia môže byť tienené napr. opletom s tenkých medených drôtov (obr.2), v ktorom vytvárajú rušivé vysokofrekvenčné elektromagnetické pole vírivé prúdy a nepreniknú k vnútorným tieneným vodičom.
Oceľové kryty zariadenia, oceľové úložné trubky pre káble a oceľové plášte pancierových káblov odtieňujú hlavne vyžarovanie rušivých elektromagnetických polí so silnoprúdových rozvodov a zariadení. Účinným materiálom pre výrobu tieniacich krytov je napr. mumetal (75% Ni, 8% Fe, 5% Cu, 2% Cr), ktorý má veľkú permeabilitu.
Kapacitne prenášané rušivé vplyvy sa prenášajú pri zmenách okolitého elektrického poľa cez nežiaduce vzájomné kapacity súbežne uložených signálnych vodičov rôznych obvodov alebo súbežne uložených rôznych káblov. Kapacitné rušivé vplyvy je možné obmedziť podobne ako elektromagnetické rušivé vplyvy oddeleným a vzdialeným ukladaním rôznych vedení. Kapacitné rušivé vplyvy narastajú s kmitočtom rušivého signálu a so vstupnou impedanciou rušeného zariadenia. Z tohto hľadiska nie je prúdová slučka tvorená snímačom s malým vstupným odporom a zosilňovačom s malým vstupným odporom tak citlivá na kapacitne prenášané poruchy, ako vysokoóhmová slučka meracieho vedenia. Kapacitné rušivé vplyvy je možné potlačiť tienením z dobre vodivého materiálu. Tieneniu kábla sa spojuje so zemniacim vodičom vždy len na jednom konci tieneného kábla (obr.2).
Nízkoohmové meracie systémy sú proti rušeniu odolnejšie než vysokoohmové meracie systémy.
Poruchy pri prenose signálu zo snímača mechanických veličín je možno väčšinou odfiltrovať pomocou RC-filtrov. Merné signály sú v týchto prípadoch jednosmerné alebo striedavé s nízkym kmitočtom (vzhľadom k rušivým kmitočtom). Pomocou dolnej priepusti sa dá vf- rušenie aj rušivé impulzy väčšinou odfiltrovať.