FAQ: Платы клеммников и переходников – в каких измерительных цепях можно применять?

В данной статье будут рассмотрены общие вопросы применения простых плат клеммников и переходников в измерительных цепях (без привязки к конкретным платам). Поскольку рекомендации по применению будут даны, исходя из электрофизических свойств этих плат и этих измерительных цепей, то данные рекомендации можно точно отнести к измерительным устройствам напряжения и тока вообще (а не только устройствам ООО "Л Кард") с основной погрешностью измерения 0,2% и лучше. – Это условная величина без уточнения, о какой именно погрешности идёт речь, для того, чтобы отделить более грубые приборы, для которых, возможно, приведённые здесь рекомендации будут менее актуальными. 

Клеммники (разъёмные, неразъёмные) традиционно применяются в индустриальных задачах. Очевидное преимущество клеммников – относительная простота монтажа, когда можно обойтись без паяных соединений. Контактная пара клеммников (типично с луженым покрытием контактов) по своим характеристикам предназначена для подключения цепей питания, а также измерительных цепей с относительно большими токовыми сигналами  (типично 4-20 мА) или большими сигналами напряжения (единицы-десятки В). Примеры таких сигналов – это унифицированные сигналы тока и напряжения, широко применяемые в АСУ ТП.

 Слишком малые уровни сигналов могут не обеспечить “прожиг” оксидного слоя контактов, а также при работе с микровольтовыми сигналами клеммники будут иметь значительно более высокие уровни термо-ЭДС (по сравнению с золочёными контактными парами малосигнальных разъёмов).

Простая плата-переходник с клеммным соединителем по своей конструкции не обеспечивает экранированный стык, т.е. по сути, клеммное соединение – это низкочастотный соединитель для больших сигналов (это типичные условия для медленных индустриальных интерфейсов). Тем не менее, с учётом определённых рекомендаций, изложенных ниже, возможно расширить область применения этих плат-переходников для некоторых типовых задач измерения.

При подключении внешней цепи измерения через клеммную плату-переходник к входу миллиамперного тока АЦП или к ICP-входу АЦП, никаких негативных влияний клеммника не ожидается (поскольку клеммники – "как родные" для этих индустриальных интерфейсов).

При подключении платы-переходника к высокоомному дифференциальному входу напряжения АЦП нужно учитывать, что при парном расположении клеммников, при симметричной прокладке проводов (например, витые пары) и дифференциальном подключении можно улучшить соотношение “сигнал-шум” в цепи измерения, если дифференциальное подключение обеспечивается по всей измерительной цепи.

Если плата-переходник используется как несимметричный переход ("с общей землёй") для высокоомного входа и широкой полосы частот пропускания АЦП, то относительно массивная неэкранированная конструкция клеммного соединителя будет порождать антенный эффект. Но даже, если плата-переходник имеет вместо клеммников разъём BNC, всё равно, неэкранированная конструкция соединения к высокоомному входу АЦП будет чувствительная к ёмкостной наводке. Антенный эффект возможно минимизировать, если на высокоомном входе АЦП включить параллельный низкоомный резистор-шунт, уменьшающий входное сопротивление (по сути, это образование входа тока), но не для каждой задачи измерения такой шунт будет допустим. Также, в случае измерения относительно больших напряжений, на входе АЦП возможно образовать делитель напряжения, у которого нижнее (низковольтное) плечо делителя должно быть низкоомным для минимизации антенного эффекта. В некоторых платах-переходниках технически возможно смонтировать как шунты, так и делители. Низкоомные нагрузки на входах многоканального скоростного АЦП с коммутатором каналов будут также полезны для уменьшения коммутационного эффекта (см. особый случай подключения входных сигналов “по току”) при высокой частоте опроса каналов. 

Ниже мы приводим примеры возможного корректного применения плат-переходников с клеммным соединителем для конкретных модулей сбора данных ООО "Л Кард".

• Низкочастотные АЦП с ограниченной полосой частот пропускания (не более нескольких килогерц), с большими сигналами на входах и небольшим динамическим диапазоном АЦП. К этому случаю относят почти все индустриальные диапазоны измерения 4/20 мА, ±10 В и т.д. Этим требованиям соответствует модуль LTR27 c субмодулями H-27U, H-27I и H-27R.
• LTR25 и ICP-датчиками и LTR24-2 с ICP датчиками.
• Частотомер LTR51, имеющий вольтовый диапазон измерения и входной ФНЧ.
• Модули дискретного ввода-вывода LTR41, LTR42, LTR43.
• LTR22, LTR24 (дифф. входы) на больших сигналах при дифференциальном подключении.
• В случае распайки резисторных шунтов непосредственно на кабельной части сигнального разъёма для образования токового входа с модулями АЦП с входным коммутатором каналов: E-502, E14-440, E14-140M, LTR11, L-791, L-780M, L-783M, L-502.
• В случае измерения относительно больших уровней напряжения сигналов модулями  E-502, E14-440, E14-140M, LTR11, L-791, L-780M, L-783M, L-502 на старших поддиапазонах измерения при условии применения дополнительных мер помехозащиты (симметричное дифференциальное подключение, экранирование, применение фильтрации оцифрованного сигнала, в т.ч., использование штатных возможностей E-502 и L-502 усреднения данных). В многоканальном режиме обязательно наличие низкоомных источников сигнала и коротких кабельных соединений. 

Если Ваша основная причина применения клеммников – это отказ от паяных соединений разъёмов DB-37, то мы рекомендуем вместо клеммников применять кабельные части разъёмов DC-37F (розетка) или DC-37М (вилка) "под обжим" для непосредственного подключения кабеля. Во всяком случае, этот способ монтажа даст лучшее качество подключения (по соотношению "сигнал-помеха"), по сравнению с платой клеммников, если подключение – симметричное дифференциальное и (или) экранированное. Кроме этого, у такого подключения есть "бонус" – это возможность перестановки обжатых контактов в разъёме, т.е. без пайки можно изменять схему подключения.

Но, при прочих равных условиях, паяное соединение (к разъёму кабельной части DB-37 для большинства модулей сбора данных ООО "Л Кард") обеспечивает наилучшее качество соединения. Заметим, что пайка кабеля к разъёму DB-37 (семейства D-SUB c двухрядными контактами одинарной плотности с шагом контактов 2,77 мм) не требует высокой квалификации электромонтажника!