什么是传感器
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。用数学表达式可以表述为:
传感器的分类
经常会有这样的问题,这个数据采集卡可以测压力传感器吗?要回答这个问题我们要先了解传感器的分类。传感器的分类有很多种方式,因为用户关注的是其所研究的方向,所以经常以被测物理量的类型来分类:压力传感器、温度传感器、湿度传感器、位移传感器、加速度传感器等。而这种分类方式并不便于选择数据采集设备。在选择数据采集设备的时候,需要关注的是传感器的输出类型。根据数据输出的类型,传感器可以做如下分类:电压型、电流型、电阻型、电容型、频率、脉冲、编码器等类型型等。
标准电压型传感器/变送器
传感器的输出类型很多,最通用并且便于与数据采集卡连接进行数据采集的,就是标准电压型传感器/变送器。这种传感器的输出电压一般是,1 – 5V,0 – 5V ,0 – 10V,或 ± 5V,± 10V 的范围。绝大多数的采集卡有10V或者5V的量程,这样就可以直接采集,并且可以有效的利用整个量程。
有些传感器的输出电压虽然不是5V或者10V,但是其输出电压与之相差不大,比如说某个湿度传感器的输出电压是0 – 3V,然而却没有3V量程的采集卡。这个时候我们同样可以使用5V量程进行采集,虽然有一些量程损失,但是这种程度的损失是可以接受的。那么如果有一个传感器的输出电压是1V,那么用5V量程去采集,这样的量程损失是否还可以接受呢?我们可以大概的计算一下。假如某个16 位的采集卡,量程是5V,采集1V输出范围的传感器。这个时候就损失了五分之四的量程,采集到的数量只有不到14位。解决这样的问题,最好的办法是用一个1V量程的采集卡,或者接近1V量程的采集卡。
由此可见,一个数据采集卡可以提供更多的量程,对于不同输出范围的传感器的数据采集是非常有帮助的。为此Smacq的USB-3000系列数据采集卡为用户提供了10V,5V,2.5V,1.25V,0.64V的多量程选择,并且在同一次数据采集中,每个模拟输入通道可以使用不同量程。为多种传感器集成于同一个数据采集卡中的应用提供了便利。
还有一些传感器的输出电压范围很小,只有几个mV或几十个mV。比如称重传感器的输出很多是2mV / V,当用10V的电源驱动时,其满量程输出也只有20mV。对于这种情况,一般有两种选择,一是使用专用的称重数据采集卡,一般这种数据采集卡的通用性不好,不方便与其它传感器集成使用;二是使用信号调理电路 / 模块,我们可以简单理解为将信号放大至5V或10V,再用通用的数据采集卡进行采集。这种信号调理电路一般称之为变送器。
电流信号输出的传感器
频率、脉冲和编码器信号的采集
其它信号的采集
通过变送器的信号链路示意图
传感器与采集卡的连接
还有很多种类的信号不能直接连接到通用数据采集卡,比如说前面提前到的称重传感器,同样是小信号输出的还有用于温度测量的热电偶,以及输出为电阻型的传感器(PT100等)。这些传感器要想连接到通用型的数据采集卡上,就需要通过变送器把信号变换成标准的电压信号。然后再通过采集卡对变送器的信号进行采集。
这里主要说明标准电压输出型的传感器/变送器与采集卡的连接,其它类型的传感器请参考相关文档或与Smacq的技术支持取得联系。大多数传感器/变送器上有3根或4根连接线,分别是电源正、电源负(电源地),信号输出,信号负(信号地)我们需要根据传感器手册要求为传感器选择一个电源。然后按照下图的方式与采集卡进行连接。
传感器与采集卡连接意义图
关于这个连接图有两点需要特别说明,一是有些3根连接线的传感器的电源负与信号负是同一根线,那么就需要把这根线同时连接到电源的负(地)端和采集卡的AI Sense上;二是给传感器供电一般是使用开关电源,大多数开关电源的的输出负端与大地不连接,这样来讲传感器相关对于采集卡就是浮空源,所以需要把AI Sense和AGND用导线连接在一起。如果确定采集卡与传感器共地,那么就不需要把AI Sense和AGND用导线连接在一起。关于浮空源和接地源相关的连接问题,请参考USB-3000系列用户手册中的相关内容。
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