TechTipp: Signalanschluss an analoge Eingänge (Teil 2)

Ziel

Anwender von Messgeräten erhalten eine Anleitung zur Verkabelung von single-ended bzw. differenziellen analogen Eingängen unter Berücksichtigung von Erdung und Isolation von Sensor und Messsystem, sowie der Gleichtaktspannung.

Zielgruppe
Anwender, die analoge Signale so anschließen wollen, dass die Leistungsfähigkeit ihrer Messgeräte optimal genutzt wird.

Empfehlungen zur Verkabelung
Aufbauend auf den Informationen aus TechTipp: Signalanschluss an analoge Eingänge (Teil 1) werden alle möglichen Kombinationen von Potentialbezug und Eingangskonfiguration in der Tabelle unten aufgeführt.

Empfohlenen Konfiguration der analogen Eingänge (Messgerät mit ±10 V Gleichtaktspannungsbereich)

Ground-Beziehung zwischen
Sensor und DAQ
DAQ Eingangskonfiguration  MCC Empfehlungen
Gemeinsamer Ground Single-ended Empfohlen, wenn alle Signale auf gemeinsamem Ground liegen
Gemeinsamer Ground Differenziell Zulässig, falls einige Signale nicht auf gemeinsamem Ground liegen
Gleichtaktspannung < ±10 V Single-ended Nicht empfohlen
Gleichtaktspannung < ±10 V Differenziell Empfohlen
Gleichtaktspannung > ±10 V Single-ended Ohne zusätzliche Isolation nicht zulässig
Gleichtaktspannung > ±10 V Differenziell Ohne zusätzliche Isolation nicht zulässig
Isolierter Ground Single-ended Zulässig
Isolierter Ground Differenziell Empfohlen

Empfohlene Ground-Verbindungen

Bei analogen Messgeräten von MCC sind Digitaler Ground (GND) und Analoger Ground (AGND) direkt mit dem Ground des PC verbunden. Sofern kein hoher Strom über den Ground des Messgerätes fließt, sollten Sie den Potentialbezug der Signale mit AGND verbinden.

Hohe Ströme sollten mit GND und analoge Signale mit kleinen Strömen an AGND geerdet werden. Diese Unterscheidung verhindert Messfehler bei der Spannungsmessung von mit hohen Ground-Strömen verbundenen analogen Eingangssignalen. Da GND und AGND unterschiedliche Pfade zum Ground des PC verwenden, haben Ströme auf der GND-Leitung geringe bis keine Auswirkungen auf die AGND-Leitung. Die Messgenauigkeit der auf AGND referenzierten analogen Signale wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Gemeinsamer Ground / Single-ended Eingänge

Measurement Computing empfiehlt die Verwendung einer Single-ended-Konfiguration für ein Szenario mit gemeinsamem Ground. Liegen jedoch nur einige der Eingangskanäle bzw. Kanalpaare auf gemeinsamem Ground, empfehlen wir die Verwendung des Differenzmodus für alle Eingänge. Abbildung 1 zeigt die Verkabelungsempfehlungen für ein System auf Gemeinsamem Ground / Single-ended.

Signalquelle mit gemeinsamem Ground

Abbildung 1. Signalquelle und analoges Messgerät teilen einen Gemeinsamen Ground mit dem Single-ended Eingang

Gemeinsamer Ground / Differenzielle Eingänge

Für Verbindungen mit gemeinsamem Ground ist die Verwendung einer differenziellen Konfiguration zulässig, erfordert jedoch einen höheren Verdrahtungsaufwand und bietet eine geringere Kanalzahl als eine Single-ended Konfiguration (Abbildung 2).

Signalquelle mit gemeinsamem Ground

Abbildung 2. Signalquelle und analoges Messgerät teilen einen Gemeinsamen Ground mit dem differenziellen Eingang

Gleichtaktspannung < ±10 V / Single-ended Eingänge
Der Begriff Gleichtakt (Common Mode) hat für die Single-ended-Konfiguration keine Bedeutung. Eine Single-ended-Konfiguration mit Gleichtaktspannung ist ein System mit Ground-Versatzspannung (Offset). MCC empfiehlt diese Konfiguration nicht. Wenn Ihre Anwendung jedoch die höhere Kanalzahl einer Single-ended-Konfiguration benötigt und die Gleichtaktspannung niedrig ist, sollte das System nicht beschädigt werden. Abhängig von der Gesamtgenauigkeit, die Sie benötigen, könnten die Messwerte akzeptabel sein.

Gleichtaktspannung < ±10 V / Differenzielle Eingänge
Bei Systemen auf unterschiedlichem Ground-Potential empfiehlt MCC die Verwendung einer differenziellen Konfiguration. Stellen Sie sicher, dass die Gleichtaktspannung (Common Mode Voltage), also die Summe aus Eingangssignal und Potentialunterschied, den Gleichtaktspannungsbereich des analogen Messgerätes (häufig ±10 V) nicht überschreitet.
Abbildung 3 zeigt die empfohlenen Verbindungen in dieser Konfiguration.

Signalquelle mit Gleichtaktspannung

Abbildung 3: Signalquelle und analoges Messgerät teilen die Gleichtaktspannung mit dem differenziellen Eingang

Viele Messgeräte von MCC können Signale mit einer Gleichtaktspannung größer als ±10 V nicht direkt überwachen. Aber durch eine Änderung der Ground-Konfiguration zur Reduzierung der Gleichtaktspannung oder durch Einführung einer isolierenden Signalkonditionierung zwischen Signalquelle und Messgerät kann auf diese Einschränkung reagiert werden (Abbildungen 4 und 5).

Gleichtaktspannung > ±10 V / Single-ended Eingänge

System mit Gleichtaktspannung

Abbildung 4. System mit einer Gleichtaktspannung > ±10 V an einem Single-ended Eingang

Gleichtaktspannung > ±10 V / Differenzielle Eingänge

System mit Gleichtaktspannung

Abbildung 5. System mit einer Gleichtaktspannung > ±10 V an einem differenziellen Eingang

Isolierter Ground / Single-ended Eingänge
Die Verwendung der Single-ended-Konfiguration ist für die Überwachung von isolierten Eingängen zulässig, die Messung im Differenzmodus verbessert jedoch die Immunität des Systems gegenüber Rauschen. Abbildung 6 zeigt die empfohlenen Verbindungen für diese Konfiguration.

Isolierte Signalquelle an einem Single-ended Eingang

Abbildung 6. Isolierte Signalquelle an einem Single-ended Eingang

Isolierter Ground / Differenzielle Eingänge
Für die beste Leistung bei isolierten Signalquellen empfiehlt MCC die Verwendung der differenziellen Konfiguration. Abbildung 7 zeigt die empfohlenen Verbindungen für diese Konfiguration.

Isolierte Signalquelle an einem differenziellen Eingang

Abbildung 7. Isolierte Signalquelle an einem differenziellen Eingang

Weitere Informationen
Wenden Sie sich bei allen Fragen zur Messdatenerfassung an Measurement Computing.

Weitere TechTipps finden Sie auf unserer Webseite Technische Beiträge von Measurement Computing.