¿Son necesarias las fuentes de puesta a tierra en estrella para este sistema de adquisición de datos?

En primer lugar, los diseños de sistemas como este son un arte, no una ciencia. Es un arte porque hay muchos parámetros del diseño del sistema que son desconocidos (o no tenemos tiempo para encontrarlos). Uno podría pasar por todo el sistema y modelarlo como un circuito gigante. Para hacerlo, habría que medir / estimar los cables y las fuentes de ruido (RFI y las emisiones conducidas a través de la red de CA) toma más tiempo que usar las mejores prácticas.

Respuesta corta:

  

Básicamente, lo que pregunto es el nodo conectado en estrella (pregunta roja   marca) ¿también debe estar conectado a tierra?

No, un terreno estelar solo agregará más bucles de tierra y más ruido, ya que probablemente ya esté en una buena configuración según este comentario:

  

En la Figura 2 si utilizo AI SENSE y si también dirijo el PSU a AIGND   O a la tierra más cercana obtengo muy buenos resultados. Así me lo parece si   Utilizo el esquema AI SENSE y un tercer cable del punto rojo (la fuente de alimentación   tierra) a la tierra más cercana (amarilla) o a AIGND (verde) las cosas están   bien.

La idea es hacer lo que funciona para los niveles de ruido que el sistema debe alcanzar. Si construye el sistema y el ruido es aceptable para las mediciones que deben realizarse, ¡entonces listo! La figura 1 sería preferible a la figura 2, recuerde que las cifras en el documento de NI son las mejores prácticas. Es posible que el entorno o la configuración que tenga no tenga tanto ruido, realmente debería tener un diagrama de la fuente de alimentación, cómo se conecta a cada transductor y un conocimiento de la conexión a tierra del DAQ.

Ruido y bucles de tierra

Si el sistema tiene demasiado ruido, tome medidas para eliminarlo. Presentaré algunas de las mejores prácticas en caso de que experimente ruido:

El primer concepto a entender es el de un bucle de tierra. El bucle de puesta a tierra comienza porque hay dos puntos de conexión a tierra con dos cables. Esto forma un bucle grande. Si los campos magnéticos recorren el bucle (desde los motores y las líneas eléctricas), se crea una corriente que corre alrededor del borde del bucle. Esto crea un problema incluso con los cables blindados a través de un acoplamiento inductivo (los cables blindados solo protegen contra campos eléctricos acoplados capacitivamente y los bloquean, pero no magnéticos), en los cuales una corriente en el exterior del cable también causa una corriente en el interior. En la mayoría de los casos, es mejor evitar los bucles de tierra.

Con un DAQ esto crea problemas porque es posible que no tenga el control total de la conexión a tierra de los cables del sensor o del blindaje.

Si las corrientes de bucle a tierra son la mayor fuente de ruido (que depende del entorno eléctrico / magnético en el que se encuentra el sistema), lo mejor es romper el bucle. Esto se puede hacer eliminando una conexión a tierra (la mejor práctica) o desconectando el escudo (preferiblemente al lado del sensor.

Otra cosa que se puede hacer es agregar aislamiento a las señales analógicas para interrumpir un bucle de tierra, esto puede ser más costoso, pero es mejor.

Fuente: enlace
O esta página

También es bueno usar cable de par trenzado para eliminar los bucles y mantener el ruido bajo (esta es la razón por la que la mayoría de las señales diferenciales como RS485 o Ethernet tienen par trenzado.

Buenas prácticas

Si alguna vez vuelve a construir uno de estos sistemas, sería más conveniente desde una perspectiva de ruido colocar las fuentes de alimentación en la misma ubicación que el DAQ. Tener una conexión a tierra en un extremo suele ser la mejor condición, a veces el cable puede convertirse en un radiador (antena), en ese caso, una ferrita puede bloquear señales de alta frecuencia en el cable. También sería bueno proporcionar un blindaje alrededor del sensor / fuente / amplificador en el extremo del cable y atarlo al blindaje (si el blindaje no está conectado a tierra, si es que se puede romper el blindaje).

Observelaconexiónatierraenambosextremosyaqueestogeneracorrientessipuedeevitarlo.

Noesunabuenaideacolocarunafuentedealimentaciónenelextremoopuesto,amenosqueestéaislada.

No hay razón para tener sus entradas analógicas conectadas a tierra. No hace nada, excepto ofrecer una ruta para que el ruido entre en su señal analógica.

He montado algunos equipos ATE complejos con todo tipo de problemas. La primera regla es que cada fuente es independiente hasta que alcanza un amplificador operacional diferencial o ADC MUX.

Deshazte de todas tus líneas rojas y verdes. Los cables de señal negros están bien como están. Vuelva a colocar todos los cables azules en el pin AIsense o use un MUX de doble puerto. Conéctelo a una señal de tierra común si la hoja de datos PGIA lo muestra como necesario.

Desea evitar la conexión cruzada de AIsense antes de llegar al PGIA. Esto evita que las señales se filtren en otros canales.

NO conecte dispositivos de alta energía directamente a estas entradas o AIsense. Puede dañar el PGIA y el MUX y el ADC. Utilice un módulo de aislamiento analógico (AD210KN) para tales dispositivos.

Evite las conexiones a tierra, es solo un cable largo que actúa como una fuente de captación de ruido de RF. Mantenga los cables que necesita cortos y retorcidos si no puede protegerlos con STP (pares trenzados blindados). Si utiliza cables blindados, la conexión a tierra del blindaje only debe conectarse a tierra de señal en el PGIA o cerca de él. El cable de protección debe estar en silencio y ese es un lugar tranquilo.

En el siguiente esquema, un mux dual 4: 1 permite que la señal seleccione solo 1 sensor a la vez. El canal 'B' no se usa. Dado que los sensores siempre tienen una conexión de detección de AI, no 'flotan'. El CD4052 MUX tiene un costo muy bajo y un alto aislamiento de canal a canal. Lee la hoja de datos antes de usarla.

NO hay conexión a tierra y las fuentes de señal nunca comparten una conexión común hasta que alcanzan el pin de detección AI. Ese es tu punto de 'estrella'. Si no se selecciona, las fuentes no tienen carga, pero eso no debería ser un problema para una fuente. Si los cables de los sensores tienen un largo recorrido, agregue diodos de pinza a Vss y Vee (1N4148) que protegerán al CD4052 de los picos de voltaje de más de 10 voltios, pero los cables de los sensores no deben funcionar cerca de las fuentes de alimentación de CA.

Tenga en cuenta que la figura 4 en sus documentos de NI es casi idéntica a esta configuración, excepto que solo tiene una entrada SE de 4 canales en lugar de 8.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Enlace a la hoja de datos de CD4052

Es necesario que el AI SENSE no flote con respecto al suministro de PGIA, evitando tener bucles a tierra.

Si AI SENSE está flotando, tendrá un ruido de modo común que afectará su medición, por lo que necesita atar AI Sense en el lado DAQ.

También es necesario realizar el amarre de AI Sense antes de un MUX, como ocurre en su diseño, ya que no se MUX el lado negativo, pero solo menciono esto en el caso.

En tu primer diagrama, puedes tener bucles de tierra si atas el AI Sense al suelo:

Lamejorsoluciónenestecaso,notenerunbucledetierraytenerunaGNDatadaaAISense,sería:

• ConecteelPGIAGNDalAISense.
• Siloscablestienenblindaje,conéctelosaPGIAGNDsoloenelladoDAQ.
• DejeflotandolossensoresGNDdePSU1,2,3.

Deestamanera,debetenerunareferencialimpiaPGIAGNDlibredebuclesatierra.

Puedemejoraraúnmássitieneuncablede3hiloscon2líneasdedetecciónretorcidas(AISenseyAIx)+1cablede"alimentación" GND + un blindaje.

En esta situación, las líneas AI solo transmiten señales, el cable GND lleva todo a la misma tierra y transporta corrientes, el blindaje y la torsión reducen aún más el ruido inducido.

Conecte las GND de la fuente de alimentación a la línea de "alimentación" de GND y la GND de la AI, y conecte la AISense a esta GND a través de una resistencia de 100 ohmios (es posible que desee probar diferentes valores). La resistencia está ahí para limitar el flujo de corriente en la línea de sentido negativo.

Es importante conectar el blindaje solo en el lado del DAQ, para evitar los bucles de tierra nuevamente y evitar que la corriente fluya en el blindaje.