Innehållsförteckning
Bläddra bland kategorierna
Toppförfattare
När och varför använda isolerade förstärkare?
March 31, 2026
I denna artikel förklarar vi varför användningen av isolerade förstärkare är starkt rekommenderad, för att säkerställa tillförlitliga mätningar och skydda din utrustning från skador.
Typer av förstärkarteknologier
Det finns tre grundläggande typer av förstärkarteknologier:
Single-ended förstärkare
Differentiella förstärkare
Isolerade förstärkare
Låt oss titta närmare på var och en.
Single-ended förstärkare
Arkitekturen för en single-ended förstärkare är mycket enkel, och därför är dessa förstärkare billigare.
Single-ended förstärkare är endast meningsfulla i batteridrivna voltmetrar (flytande källa), eftersom det inte finns någon anslutning till jord från annan utrustning. Betydelsen av denna typ av förstärkare inom precisionsmätning är idag mycket liten.
Differentiella förstärkare
Differentiella förstärkare eliminerar brus som finns på båda ingångarna, till exempel på grund av långa sensorkablar eller störningar från omgivningen. De förstärker endast skillnaden, den så kallade differentiella signalen, som inte kan vara brus.
Med detta koncept är det möjligt att undvika jordloopar, men endast om ingångsspänningen på varje ledning ligger under den maximala common-mode-spänningen.
Isolerade förstärkare
Denna “bekymmersfria lösning” ger både galvanisk isolering och differentiell ingång samtidigt. Med Dewesofts isolerade datainsamlingssystem är både sensorsignalen och strömförsörjningen, inklusive sensor-excitation, optiskt isolerade.
Det finns flera metoder för att skapa en isolationsbarriär mellan en signalkälla och resten av systemet:
Optisk isolering
Induktiv isolering
Kapacitiv isolering
Läs mer om varje isoleringsteknik:
Isolerade förstärkares ingångar “flyter” över common-mode-spänningen. De är konstruerade med en isolationsbarriär med en genombrottsspänning på 1000 volt eller mer. Detta gör att de kan avvisa mycket högt CMV-brus och eliminera jordloopar.
Dessa förstärkare är den perfekta lösningen för kanal-till-kanal- och kanal-till-jord-isolering. De klarar skillnader i jordspänning upp till 1000 V, vilket täcker alla industriella tillämpningar.
De vanligaste mätfelen
Common-mode-spänning
Common-mode-spänningar är oönskade signaler som tar sig in i mätsystemet, vanligtvis via kabeln som ansluter sensorn till mätsystemet. De kallas ibland “brus” och förvränger den verkliga signalen som vi försöker mäta. Beroende på deras amplitud kan de variera från att vara en mindre störning till att helt dölja den verkliga signalen och förstöra mätningen.
Termoelementmätning (AC common mode)
När common-mode-spänningens amplitud överstiger förstärkarens tillåtna ingångsområde för common-mode-spänning börjar förstärkaren “klippa”, vilket resulterar i en förvrängd och oanvändbar utsignal.
Med användning av en isolerad förstärkare kan mätningen utföras även om det finns en hög common-mode-spänning.
Strömmätning med en shunt på den positiva ledningen (DC common mode)
Mätkonfigurationen nedan visar ett sätt att mäta strömmen i ett 24 V strömförsörjningssystem. Det optimala ingångsområdet för förstärkaren är i detta fall 500 mV. Det fungerar bra för kanal 2 i bilden, men inte för kanal 1. Denna kanal kommer att överskrida den maximala common-mode-spänningen och klippa signalen.
Common-mode-undertryckningsförhållande
Common Mode Rejection Ratio (CMRR) anger hur väl en förstärkare kan undertrycka oönskade lika (icke-differentiella) signaler på ingången. Till exempel, om du mäter en statisk signal kommer DC common mode att påverka noggrannheten, medan AC common mode resulterar i brus.
Jordloopar med sensor
Brus i mätdata orsakas ofta av “jordloopar”. Det finns flera sätt som jordloopar kan uppstå på. Vissa av dem kan vara mycket skadliga för mätinstrumentet och kan till och med förstöra din elektronik.
På bilden ovan:
Mätförstärkaren är ansluten till jord (GND 1) på ena sidan. En asymmetrisk skärmad kabel används för att ansluta sensorn.
Det metalliska höljet är placerat på en ledande jord (GND 2).
På grund av kabelns längd finns det redan en skillnad i jordnivåerna, vilket fungerar som en spänningskälla som kopplas samman med elektromagnetiskt brus.
Fråga: Hur stort måste felet vara för att vara betydande?
Det beror på situationen. Till exempel, när en laddnings- eller IEPE-sensor med en hög dynamisk utgång på 140 dB ansluts till förstärkaren som är inställd på ett ingångsområde på 10 V, skulle den tillåtna potentialskillnaden vara endast 1 µV.
Den korrekta lösningen skulle vara att isolera sensorn eller signalförstärkaren.
Jordloopar med strömförsörjning
Jordloopar kan också uppstå på grund av icke-isolerade strömförsörjningar. Försiktighet måste iakttas när flera enheter matas, även om varje enhet i sig har ett bra skydd mot överspänning och felaktig polaritet, som Dewesoft DAQ-system.
Ta en titt på Dewesofts moderna, digitala datainsamlingssystem med fullständig kanal-till-kanal-isolering
Schemat nedan visar denna typiska konfiguration. Sensorn och DAQ-systemet matas från samma likspänningskälla, till exempel fordonets inbyggda strömförsörjning.
Du kan se att jord (GND) är ansluten på två punkter. Huvudströmmen flyter längs den blå tjocka linjen, den så kallade högströmsvägen, till lasten och tillbaka. Men jord på båda enheterna är också sammankopplad via sensorns utgång och DAQ-ingången.
Viktigt! Felfall med avbruten GND-kabel
Du kan föreställa dig vad som händer när “högströmsvägen” bryts: strömmen kommer att ta en annan väg. Nu leds sensorns returström genom jordanslutningen på sensoringången i DAQ-enheten.
Vanligtvis är den interna elektroniken inte konstruerad för att hantera så hög ström. Detta kan leda till att datainsamlingsenheten skadas. Med en isolerad strömförsörjning kommer ingen felström att ledas genom matningsledningen.
Slutsats
När det gäller signalanpassning finns det i praktiken två typer av signalkonditioneringsförstärkare att välja mellan:
Isolerade signalkonditioneringsförstärkare
Kombinerade isolerade och differentiella förstärkare är dyrare än icke-isolerade eller single-ended, men de erbjuder en “bekymmersfri” mätlösning. De gör det också möjligt för mindre erfarna ingenjörer att utföra korrekta och noggranna mätningar och samtidigt hålla både mätutrustning och operatörer säkra.
Differentiella signalkonditioneringsförstärkare
Denna typ av förstärkarteknologi är billigare att producera och fungerar bra vid användning av isolerade sensorer som töjningsgivare, strömtänger, accelerometrar och trycksensorer. Dessa förstärkare ger också högkvalitativa mätresultat, men ingenjörer måste säkerställa att signalen håller sig inom förstärkarens common-mode-område och att kablaget är korrekt utfört för att garantera tillförlitliga mätningar.
Läs mer:
