ในทุกอุตสาหกรรม ช่างเทคนิคและวิศวกรที่ทำงานกับระบบอัตโนมัติ เครื่องมือวัด และอุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ต้องเผชิญกับปัญหาการวัดอยู่ทุกวัน การรู้ว่าเซ็นเซอร์แปลงคุณลักษณะของสภาพแวดล้อมหรือกระบวนการทางกายภาพนั้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของงานเท่านั้น มีหลายสิ่งหลายอย่างที่อาจเกิดขึ้นกับสัญญาณเหล่านี้ระหว่างทางไปยังอุปกรณ์หรือระบบที่ต้องการอินพุต การปรับสภาพสัญญาณเป็นวิธีที่พวกเขาได้รับสัญญาณที่วัดได้จากเซ็นเซอร์เหล่านี้

• การปรับสภาพสัญญาณคืออะไร?
• ประเภทของการปรับสภาพสัญญาณ
• ระบบปรับสภาพสัญญาณ
• การลดเสียงรบกวนสำหรับการวัดสัญญาณ
• ลูปกราวด์และสัญญาณรบกวน

1. การปรับสภาพสัญญาณคืออะไร?

ช่างเทคนิคและวิศวกรทราบดีว่าอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ไม่ได้ให้ความสำคัญกับสัญญาณเสมอไป วงจรกราวด์ลูปและสัญญาณรบกวนอาจส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ สัญญาณเซ็นเซอร์บางสัญญาณอ่อน บางสัญญาณต้องแปลงสัญญาณ และบางสัญญาณไม่สามารถสร้างสัญญาณได้หากไม่มีแหล่งจ่ายไฟภายนอก ช่างเทคนิคและวิศวกรที่จัดการกับปัญหาการวัดมักใช้การปรับสภาพสัญญาณเพื่อให้ได้ รักษา และปรับปรุงคุณภาพการวัดเหล่านี้

การปรับสภาพสัญญาณคือการเตรียมสัญญาณแอนะล็อกก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นดิจิทัล การปรับแต่งสัญญาณนี้จะช่วยเตรียมความพร้อมให้ช่างเทคนิคและวิศวกรสามารถวัดสัญญาณได้อย่างแม่นยำและแม่นยำโดยใช้เครื่องมือดิจิทัล

การปรับสภาพสัญญาณช่วยปกป้องสัญญาณที่ต้องการจากส่วนประกอบหรือผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์โดยใช้การแยกสัญญาณหรือการกรองสัญญาณ อุปกรณ์ปรับสภาพสัญญาณใช้การแยกสัญญาณเพื่อลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวนที่เกิดจากกราวด์ลูปหรือสัญญาณรบกวน ซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด ตัวกรองถูกออกแบบมาเพื่อลดสัญญาณรบกวนโดยการปฏิเสธสัญญาณภายในช่วงความถี่ที่กำหนด ในขณะที่อนุญาตให้สัญญาณอื่นๆ ผ่านได้ ตัวอย่างเช่น ตัวกรองความถี่ต่ำที่ติดตั้งอยู่ใน มัลติมิเตอร์ดิจิทัล และ แคลมป์มิเตอร์ ของ Fluke หลายรุ่น สามารถป้องกันส่วนประกอบสัญญาณรบกวนความถี่สูง เช่น VDF ในสัญญาณการวัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความแม่นยำของสัญญาณเทียบกับความแม่นยำของสัญญาณ

ความแม่นยำและความแม่นยำมักถูกสับสน แต่มันไม่ใช่สิ่งเดียวกัน ผลลัพธ์ที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์ใกล้เคียงกับค่าที่ต้องการมากเพียงใด ในขณะที่ผลลัพธ์ที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าการวัดนั้นใกล้เคียงกันมากเพียงใด หากคุณกำลังดูจุดศูนย์กลางของเป้า ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูงจะดูเหมือนการตีหลายๆ ครั้งที่อยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของเป้า เนื่องจากจุดศูนย์กลางคือค่าที่คุณต้องการให้โดน ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูงอาจอยู่ที่ใดก็ได้บนจุดศูนย์กลางของเป้า ตราบใดที่การตีแต่ละครั้งอยู่ใกล้กันมาก

การสละเวลาเพื่อทำความเข้าใจการปรับสภาพสัญญาณและดำเนินขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อแปลงเมื่อจำเป็นจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงผลการวัดที่แม่นยำและชัดเจนยิ่งขึ้น

2. ประเภทของการปรับสภาพสัญญาณ

การปรับสภาพสัญญาณทำหน้าที่แปลงค่าการวัดจากเซ็นเซอร์ไปยังอุปกรณ์ที่ใช้สัญญาณ อุปกรณ์วัดและระบบที่เกี่ยวข้องหลายชนิดมีความพิถีพิถันในการเลือกประเภทของสัญญาณที่ต้องการ ดังนั้น สัญญาณเซ็นเซอร์จึงต้องถูกแปลงหรือแปลงก่อนที่อุปกรณ์วัดจะสามารถใช้งานได้ การปรับสภาพสัญญาณมีหลายประเภท ขึ้นอยู่กับสัญญาณเริ่มต้นและสัญญาณสิ้นสุด

การแปลงสัญญาณ

การแปลงสัญญาณจะนำสัญญาณเอาต์พุตจากอุปกรณ์หนึ่งไปแปลงเป็นสัญญาณอื่นสำหรับอีกอุปกรณ์หนึ่ง ประเภทของการแปลงสัญญาณประกอบด้วย การขยายสัญญาณ การลดทอนสัญญาณ การทำให้เป็นเส้นตรง การชดเชยจุดเชื่อมต่อเย็น และการกระตุ้น อุปกรณ์วัดบางชนิดต้องการแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่บางชนิดต้องการกระแสไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับการใช้งาน อุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ต้องการสัญญาณที่มีระดับสูงกว่าที่เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่ผลิตได้

เทอร์โมคัปเปิล

เทอร์โมคัปเปิล ยังคงเป็นตัวอย่างการแปลงสัญญาณแบบคลาสสิก ซึ่งต้องใช้การแปลงสัญญาณสามประเภทจากห้าประเภท ได้แก่ การขยายสัญญาณ การทำให้เป็นเส้นตรง และการชดเชยจุดเชื่อมต่อเย็น

เทอร์โมคัปเปิลถูกนำมาใช้ในหลากหลายการใช้งาน แต่การทำความเข้าใจวิธีการทำงานและวิธีการสอบเทียบอาจเป็นเรื่องยาก Fluke Calibration มีชุดบันทึกการใช้งานเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับเทอร์โมคัปเปิลเพิ่มเติม:

การขยายเสียง

เทอร์โมคัปเปิลผลิตแรงดันไฟฟ้าในช่วงมิลลิโวลต์ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์วัดอุณหภูมิบางชนิดที่ใช้เทอร์โมคัปเปิลต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า เช่น 1-5 โวลต์ (กระแสตรง) 0-10 โวลต์ (กระแสตรง) หรือ 4-20 มิลลิแอมแปร์ (mA) เพื่อให้ทำงานได้อย่างเหมาะสม ในกรณีเหล่านี้ จำเป็นต้องขยายสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลจึงจะใช้งานได้

การทำให้เป็นเส้นตรง

เทอร์โมคัปเปิลขึ้นชื่อว่าไม่เป็นเชิงเส้น อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์อื่นๆ เช่น เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) เครื่องวัดความเครียด และเครื่องวัดความเร่ง ก็เป็นแบบไม่เชิงเส้นเช่นกัน เซ็นเซอร์จะเรียกว่าเป็นเชิงเส้นก็ต่อเมื่อการเปลี่ยนแปลงค่าของสัญญาณที่เซ็นเซอร์สร้างขึ้นนั้นแปรผันตรงกับการเปลี่ยนแปลงค่าของสภาพแวดล้อมทางกายภาพหรือกระบวนการที่เซ็นเซอร์วัด อย่างไรก็ตาม เมื่อเซ็นเซอร์สร้างสัญญาณที่ไม่สัมพันธ์กับการวัดทางกายภาพในเชิงเส้นตรง จำเป็นต้องใช้วิธีการทำให้เป็นเชิงเส้นเพื่อให้เข้าใจสัญญาณเหล่านั้น

การชดเชยจุดเชื่อมต่อเย็น

การเชื่อมต่อระหว่างเทอร์โมคัปเปิลและขั้วต่อของอุปกรณ์วัดยังก่อให้เกิดรอยต่อที่เรียกว่ารอยต่อเย็น หากปล่อยทิ้งไว้ รอยต่อเย็นจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัด อย่างไรก็ตาม การชดเชยรอยต่อเย็นจะใช้อุปกรณ์ที่ไวต่อความร้อน เช่น เทอร์มิสเตอร์หรือไดโอด เพื่อจำลองและปรับค่าที่เหมาะสม เพื่อให้สามารถวัดรอยต่อได้อย่างแม่นยำและแม่นยำ

การกระตุ้น

เซ็นเซอร์บางชนิดไม่สร้างแรงดันหรือกระแสไฟฟ้า จึงจำเป็นต้องมีการกระตุ้นในรูปแบบของแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าภายนอก การกระตุ้นคือกระบวนการเพิ่มอินพุตไฟฟ้าภายนอกเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก เซ็นเซอร์บางชนิดที่จำเป็นต้องมีการกระตุ้น ได้แก่ RTD เทอร์มิสเตอร์ สเตรนเกจ และแอคเซเลอโรมิเตอร์

3. ระบบปรับสภาพสัญญาณ

เมื่อใช้การปรับสภาพสัญญาณในระบบการวัด เซ็นเซอร์แต่ละตัวจำเป็นต้องมีตัวปรับสภาพสัญญาณเฉพาะตัวตามสัญญาณที่เซ็นเซอร์แต่ละชนิดสร้างขึ้น โมดูลและอุปกรณ์ปรับสภาพสัญญาณมีให้ใช้งานสำหรับสัญญาณแอนะล็อกเกือบทุกประเภท อย่างไรก็ตาม การจัดหาอะไหล่สำรองสำหรับสัญญาณทุกประเภทอาจมีราคาแพงและจัดการได้ยาก โชคดีที่ยังมีตัวปรับสภาพสัญญาณแบบสากลอยู่ด้วย ตัวปรับสภาพสัญญาณแบบสากลหรือระบบปรับสภาพสัญญาณแบบสากล รองรับอินพุตและเอาต์พุตได้หลากหลาย จึงเป็นโซลูชันที่ง่ายและคุ้มค่าที่สุด

ตัวปรับสัญญาณอเนกประสงค์จะแปลง แยก และส่งสัญญาณจากเซ็นเซอร์หลายประเภท รวมถึงตัวควบคุมและอุปกรณ์อื่นๆ โดยทั่วไปตัวปรับสัญญาณอเนกประสงค์เหล่านี้จะรับอินพุตกระแส แรงดัน เทอร์โมคัปเปิล RTD และความต้านทาน เอาต์พุตตัวปรับสัญญาณอเนกประสงค์ทั่วไปประกอบด้วยรีเลย์กระแส แรงดัน และรีเลย์แบบตั้งโปรแกรมได้

ช่างเทคนิคและวิศวกรที่ทำงานกับอุปกรณ์และระบบอัตโนมัติ เครื่องมือวัด และระบบควบคุม จะใช้การปรับสภาพสัญญาณเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัดและประสิทธิภาพของระบบควบคุม โดยการปรับสัญญาณจากเซ็นเซอร์กระบวนการให้เหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตาม ระบบควบคุมเหล่านี้ต้องได้รับการบำรุงรักษาอย่างเหมาะสมและสอบเทียบตามระยะเวลา โชคดีที่เครื่องมือของ Fluke สามารถช่วยรักษาความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำ และความปลอดภัยของระบบการวัดและควบคุมกระบวนการได้

4. การลดเสียงรบกวนสำหรับสัญญาณการวัด

ตัวบ่งชี้กระบวนการ อุปกรณ์รวบรวมและรวบรวมข้อมูล PLC (Programmable Logic Controllers) ระบบควบคุมกระบวนการ และอุปกรณ์วัดอื่นๆ ล้วนต้องการสัญญาณที่เหมาะสม และต้องไม่มีสัญญาณใดๆ นอกจากสัญญาณเหล่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง สัญญาณเหล่านี้ต้อง "สะอาด" และปราศจากสัญญาณรบกวน มอเตอร์ ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) อุปกรณ์เชื่อม และสัญญาณชั่วขณะที่เกิดขึ้นเนื่องจากอุปกรณ์สตาร์ทและหยุดทำงาน สามารถสร้างสัญญาณรบกวนที่อาจส่งผลต่อสัญญาณที่ส่งจากเซ็นเซอร์ไปยังอุปกรณ์วัดที่ต้องการได้

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเดินสายไฟฟ้าและเครื่องมือวัด รวมถึงการต่อสายดินและการป้องกันที่เหมาะสม ช่วยลดเสียงรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ได้เป็นอย่างดี การใช้ ออสซิลโลสโคปแบบพกพา ช่วยให้คุณสามารถตรวจสอบเสียงรบกวนในลูปควบคุม เพื่อให้เข้าใจภาพรวมของสิ่งที่คุณกำลังทำอยู่ แม้ว่าสิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือระบบที่ออกแบบและติดตั้งอย่างดีจะมีปัญหาเสียงรบกวนน้อยกว่า แต่หลายครั้งที่เพียงเท่านี้ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้การวัดค่าเป็นไปอย่างถูกต้อง การรู้ว่าเมื่อใด ที่ไหน และอย่างไร ควรใช้การปรับสภาพสัญญาณ จะช่วยให้สัญญาณเหล่านี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้การวัดค่าง่ายขึ้น

5. ลูปกราวด์และสัญญาณรบกวน

กราวด์ลูปและสัญญาณรบกวน อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในการวัด กราวด์ควรจะมีศักย์ไฟฟ้ากราวด์และอ้างอิงกับโลก อย่างไรก็ตาม กราวด์ลูปจะเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณควบคุมหนึ่งสัญญาณมีกราวด์สองสัญญาณหรือมากกว่าที่ศักย์ไฟฟ้าต่างกัน และมีเส้นทางนำไฟฟ้าระหว่างกราวด์ทั้งสอง

ความแตกต่างของ ศักย์กราวด์นี้  สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมในลูปที่ไม่อาจคาดการณ์ได้ กระแสไฟฟ้านี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสัญญาณที่ต้องการ ดังนั้นจึงบิดเบือนสัญญาณและการวัด อุปกรณ์ปรับสภาพสัญญาณจะรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณโดยการตัดเส้นทางกระแสในลูปกราวด์

อุปกรณ์อุตสาหกรรมก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าที่อาจส่งผลต่อสัญญาณการวัด สัญญาณรบกวนโหมดปกติมักเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับระหว่างสายกลางและสาย "ร้อน" สัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปมักเกิดขึ้นระหว่างสายกลางและสายดิน แต่ก็อาจเกิดขึ้นระหว่างสายร้อนและสายดินได้เช่นกัน

แม้ว่าสัญญาณรบกวนโหมดปกติอาจเกิดขึ้นในวงจรวัดกระแสตรงได้เช่นกัน แต่สัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปมักพบได้บ่อยกว่าและก่อให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดมากที่สุด ไม่ว่ากรณีใด การแยกสัญญาณจะช่วยป้องกันไม่ให้สัญญาณรบกวนส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัด