Technische Definition
Die Analogeingangssektion ist eine kritische Hardwarekomponente innerhalb eines Datenerfassungsmoduls. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, mit der physischen Welt zu interagieren, indem sie niederpegelige, kontinuierliche Spannungs- oder Stromsignale von verschiedenen analogen Sensoren (z. B. Temperatur, Druck, Dehnungsmessstreifen) aufnimmt. Sie führt wesentliche Signalaufbereitungsaufgaben wie Verstärkung, Filterung und Isolierung durch, um die Signalintegrität zu verbessern und nachgeschaltete Schaltungen zu schützen. Schließlich digitalisiert sie das aufbereitete analoge Signal mit einem Analog-Digital-Umsetzer (ADC) und liefert diskrete digitale Werte, die der Prozessor oder das System des Moduls interpretieren, protokollieren und darauf reagieren kann. Diese Sektion umfasst typischerweise mehrere Eingangskanäle, jeder mit eigenem Aufbereitungspfad, und kann eine Vielzahl von Sensortypen unterstützen, einschließlich Spannungs-, Strom-, RTD- und Thermoelementeingängen. Zu den wichtigsten Parametern gehören Eingangskanäle (8–32), Eingangsbereiche (0–10 V, 0–20 mA, 4–20 mA), ADC-Auflösung (16–24 Bit), Genauigkeit (±0,05–±0,1 % vom Messbereich), Abtastrate (10–1000 S/s), Eingangsimpedanz (>1 MΩ), Isolationsspannung (500–2500 V RMS gemäß IEC 61010), Gleichtaktunterdrückung (>90 dB), Betriebstemperatur (-40 bis 85 °C gemäß IEC 60068-2), Luftfeuchtigkeit (5–95 % relative Luftfeuchtigkeit, nicht kondensierend, gemäß IEC 60068-2-78), Schutzart (IP54–IP65 gemäß IEC 60529), Stromversorgung (9–36 V DC) und Gewicht (0,5–2,0 kg). Die Sektion ist auf einer Leiterplatte mit integrierten Schaltungen, passiven Bauelementen und Steckverbindern aufgebaut. Sie ist für industrielle Umgebungen ausgelegt und muss anhand der Spezifikationen des Herstellers für das jeweilige Modell verifiziert werden. Bestätigen Sie vor Beschaffung oder Installation immer modellspezifische Werte und Normen mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten.
Funktionsprinzip
Analoge Signale von Sensoren gelangen über Eingangsklemmen oder Steckverbinder in die Sektion. Die Signale durchlaufen zunächst Schutzschaltungen (z. B. TVS-Dioden, Sicherungen) und können mithilfe von Optokopplern oder Trennverstärkern isoliert werden, um Erdschleifen zu unterbrechen und das System zu schützen. Signalaufbereitungsschaltungen passen das Signal dann an: Programmierbare Verstärker (PGA) skalieren die Spannung auf den optimalen Bereich des ADC, und Anti-Aliasing-Filter entfernen hochfrequentes Rauschen. Das aufbereitete Signal wird von einer Sample-and-Hold-Schaltung (S/H) zu einem bestimmten Zeitpunkt abgetastet und gehalten. Der ADC wandelt diesen gehaltenen Spannungspegel dann in einen entsprechenden digitalen Code (z. B. eine 16-Bit-Ganzzahl) um. Diese digitalen Daten werden gepuffert und über eine parallele oder serielle Schnittstelle (z. B. SPI, I2C) der digitalen Logik oder dem Mikrocontroller des Moduls zur Verfügung gestellt.
