DAQ 디바이스에 아날로그 전압 신호 연결하기

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시작하기 전의 주의사항

본 문서에서는 아날로그 전압 측정을 위해 DAQ 디바이스를 설정하고 연결하는 방법을 단계별로 설명합니다. DAQ 하드웨어 사용을 시작하기 전에 반드시 어플리케이션 개발 환경과 NI-DAQmx 드라이버 소프트웨어를 설치해야 합니다. 더 자세한 정보는 LabVIEW 및 NI-DAQmx 설치하기 문서를 참조하십시오.

아날로그 측정의 기본 사항

아날로그 신호를 측정하려면 신호 소스가 접지되어 있는지, 또는 플로팅인지 알아야 합니다. 또한 측정 시스템이 차동인지, 참조된 단일 종단형 (RSE)인지 또는 참조되지 않은 단일 종단형 (NRSE)인지도 고려해야 합니다.

  • 플로팅 신호 소스 ― 플로팅 (floating) 소스의 경우, 전압 신호는 다음 그림과 같이 절대 참조 또는 빌딩 접지와 같은 공통 접지에 연결되어 있지 않습니다. 플로팅 (floating) 신호 소스는 참조되지 않은 신호 소스로도 불립니다. 플로팅 신호 소스의 예로서 배터리, 열전쌍, 변압기, 절연 증폭기가 있습니다.
  • 접지된 신호 소스 ― 접지된 소스는 다음 그림과 같이 전압 신호가 지면이나 빌딩 접지와 같은 시스템 접지에 참조된 것입니다. 소스가 시스템 접지를 사용하므로 측정 디바이스와 같은 접지를 공유합니다. 접지된 소스의 가장 일반적인 예는 신호 생성기와 전원 공급기와 같이 벽 콘센트를 통해 빌딩 접지에 플러그인된 디바이스입니다.
  • 차동 모드 ― 차동 측정 시스템의 입력은 모두 지면이나 빌딩 접지와 같은 고정된 참조에 연결되어 있지 않습니다. 차동 측정 시스템은 측정 시스템 접지와 다른 플로팅 (floating) 접지에 따라 측정이 이루어진다는 점에서 플로팅 (floating) 신호 소스와 비슷합니다. 차동 연결은 신호 연결을 위해 두 개의 아날로그 입력 터미널이 필요하므로, DAQ 디바이스에 연결하는 전체 신호 개수를 줄입니다.
  • 참조된 단일 종단형 모드 ― RSE 측정 시스템은 그림에서 AIGND로 표시되며 측정 시스템 접지에 직접 연결된 접지를 기준으로 전압을 측정합니다. 이 옵션을 통해 차동 모드보다 디바이스당 더 많은 신호 연결 (최고 2X)이 가능합니다.
  • 참조되지 않은 단일 종단형 모드 ― NRSE 측정 시스템에서도 모든 측정은 단일 노드 아날로그 입력 감지 (AISENSE)를 기준으로 이루어집니다. 그러나 이 노드의 포텐셜은 측정 시스템 접지에 따라 달라질 수 있습니다. 이 옵션을 통해 차동 모드보다 디바이스당 더 많은 신호 연결 (최고 2X)이 가능합니다.
  • 유사 차동 모드 ― 차동 입력 채널과 같이, 유사 차동 측정 시스템은 채널의 양수와 음수 모두를 노출합니다. 양수와 음수 입력을 각각 테스트 유닛의 출력에 연결합니다. 음수 입력은 상대적으로 작은 임피던스를 통해 시스템 접지에 연결됩니다. 입력 채널의 양수와 음수 항은 더 큰 임피던스로 분리됩니다.

다음 테이블은 특정 어플리케이션에 국한되지 않는, 아날로그 입력 연결에 대한 일반적인 요약입니다.

테이블 1. 아날로그 입력 설정

플로팅 신호 소스 연결하기

플로팅 신호 소스는 빌딩 접지 시스템에 연결되어 있지 않지만, 절연된 접지 참조 포인트를 가집니다.

플로팅 신호 소스에서 차동 연결을 사용하는 경우

다음의 조건을 충족하는 채널의 경우 차동 입력 연결을 사용하십시오.

  • 입력 신호가 로우 레벨(1 V 미만)인 경우.
  • 신호를 디바이스에 연결하는 도선이 3 m (10 ft)보다 긴 경우.
  • 입력 신호에서 개별적인 접지 참조 포인트나 리턴 신호가 필요한 경우.
  • 신호 도선을 놓은 곳에 노이즈가 많은 경우.
  • 신호에서 2개의 입력 채널, AI+과 AI―를 사용할 수 있는 경우.

그림 1. 플로팅 소스의 차동 연결

차동 신호 연결에서는 노이즈 픽업이 감소되고, 공통 모드 노이즈 제거가 증가합니다. 차동 신호 연결을 사용하면 입력 신호가 DAQ 디바이스 인스트루멘테이션 증폭기의 공통 모드 한계 내에서 플로팅됩니다.

플로팅 신호 소스에서 NRSE 연결을 사용하는 경우

입력 신호가 다음의 조건을 충족하는 경우에만 NRSE 입력 연결을 사용하십시오.

  • 입력 신호가 하이 레벨 (1 V 이상)인 경우.
  • 신호를 디바이스에 연결하는 도선이 3 m (10 ft)보다 짧은 경우.

그림 2. 플로팅 신호 소스의 NRSE 연결

위의 조건에 해당되지 않는 입력 신호의 경우, 보다 높은 신호 무결성을 위해 차동 입력 연결을 권장합니다. 그러나 차동 입력 연결은 DAQ 디바이스에 연결하는 전체 신호의 수를 줄일 수 있습니다.

이같은 단일 종단형 연결에서는 인스트루먼트 증폭기가 신호의 공통 모드 노이즈 및 신호 소스와 디바이스 접지간 접지 포텐셜 차이를 모두 제거합니다.

플로팅 신호 소스에서 RSE 연결을 사용하는 경우

입력 신호가 다음의 조건을 충족하는 경우에만 RSE 입력 연결을 사용하십시오.

  • 입력 신호는 RSE를 사용하는 다른 신호와 함께 일반적인 참조 포인트(AI GND)를 공유할 수 있는 경우.
  • 입력 신호가 하이 레벨 (1 V 이상)인 경우.
  • 신호를 디바이스에 연결하는 도선이 3 m (10 ft)보다 짧은 경우.

그림 3. 플로팅 신호 소스의 RSE 연결

위의 조건에 해당되지 않는 입력 신호의 경우, 보다 높은 신호 무결성을 위해 차동 입력 연결을 권장합니다. 그러나 차동 입력 연결은 DAQ 디바이스에 연결하는 전체 신호의 수를 줄일 수 있습니다.

이같은 단일 종단형 연결에서는 인스트루먼트 증폭기가 신호의 공통 모드 노이즈 및 신호 소스와 디바이스 접지간 접지 포텐셜 차이를 모두 제거합니다.

접지 참조된 신호 소스 연결

접지 참조된 신호 소스는 빌딩 시스템 접지에 연결된 신호 소스입니다. 같은 빌딩 전원 시스템에 연결된 두 인스트루먼트 사이의 접지 포텐셜 차이는 보통 1mV에서 100 mV 사이입니다. 하지만 전원 공급 회로가 적절하게 연결되지 않은 경우, 이 같은 차이는 훨씬 커집니다. 접지 신호 소스의 측정이 정확하지 않은 경우, 이 차이는 측정 에러로 나타납니다. 측정한 신호에서의 이 같은 포텐셜 차이를 제거하려면 접지 신호 소스에 대한 연결 지시사항을 따르십시오.

접지 참조 신호 소스에서 차동 연결을 사용하는 경우

다음의 조건을 충족하는 채널의 경우 차동 입력 연결을 사용하십시오.

  • 입력 신호가 로우 레벨(1 V 미만)인 경우.
  • 신호를 디바이스에 연결하는 도선이 3 m (10 ft)보다 긴 경우.
  • 입력 신호에서 개별적인 접지 참조 포인트나 리턴 신호가 필요한 경우.
  • 신호 도선을 놓은 곳에 노이즈가 많은 경우.
  • 2개의 아날로그 입력 채널, AI+과 AI–를 사용할 수 있는 경우.

그림 4. 접지 참조된 신호 소스의 차동 연결

차동 신호 연결에서는 노이즈 픽업이 감소되고, 공통 모드 노이즈 제거가 증가합니다. 차동 신호 연결을 사용하면 입력 신호가 DAQ 디바이스 인스트루멘테이션 증폭기의 공통 모드 한계 내에서 플로팅됩니다.

접지 참조 신호 소스에서 NRSE 연결을 사용하는 경우

입력 신호가 다음의 조건을 충족하는 경우에만 NRSE 입력 연결을 사용하십시오.

  • 입력 신호가 하이 레벨 (1 V 이상)인 경우.
  • 신호를 디바이스에 연결하는 도선이 3 m (10 ft)보다 짧은 경우.
  • 입력 신호가 공통 접지 포인트를 다른 신호와 공유할 수 있는 경우.

그림 5. 접지 참조된 신호 소스에서 단일 종단형 연결 (NRSE 설정)

위의 조건에 해당되지 않는 입력 신호의 경우, 보다 높은 신호 무결성을 위해 차동 입력 연결을 권장합니다. 그러나 차동 입력 연결은 DAQ 디바이스에 연결하는 전체 신호의 수를 줄일 수 있습니다.

이같은 단일 종단형 연결에서는 인스트루먼트 증폭기가 신호의 공통 모드 노이즈 및 신호 소스와 디바이스 접지간 접지 포텐셜 차이를 모두 제거합니다.

접지 참조 신호 소스에서 RSE 연결을 사용하는 경우

접지 참조된 신호 소스에서는 RSE 연결을 사용하지 마십시오. NRSE 연결이나 차동 연결을 사용하십시오.

테이블 1의 오른쪽 아래 칸의 설명과 같이 AI GND와 센서 접지사이에는 포텐셜 차이가 있을 수 있습니다. 참조된 단일 종단형 모드에서는 이 같은 접지 루프로 인해 측정 에러가 발생합니다.

필드 와이어링 고려사항

신호 소스와 디바이스의 신호 연결이 적절하지 않으면, 환경 노이즈가 디바이스의 측정 정확도에 크게 영향을 줄 수 있습니다.

단일 종단형 모드에서는 차동 설정에서보다 많은 전기적 및 자기적 노이즈가 신호 연결로 커플링됩니다. 커플링은 신호 경로의 차이로 인해 발생합니다. 자기적 커플링은 두 신호 도선 간의 거리에 비례합니다. 전기적 커플링은 두 도선 간의 전기장 차이에 따라 변합니다. 이같은 연결에서는 인스트루먼트 증폭기가 신호의 공통 모드 노이즈 및 신호 소스와 디바이스 접지간 접지 포텐셜 차이를 모두 제거합니다.

다음과 같은 권장사항은 일반적인 신호 연결에도 적용되지만 주로 디바이스의 아날로그 입력 신호 연결에 적용됩니다. 다음과 같은 예방 조치를 취해 노이즈 픽업을 최소화하고 측정 정확도를 최대화하십시오.

  • 공통 모드 노이즈를 제거하려면 차동 아날로그 입력 연결을 사용하십시오.
  • 개별적으로 쉴드된 꼬임 와이어를 사용하여 AI 신호를 디바이스에 연결합니다. 이 같은 와이어에서는 양과 음의 입력 채널에 연결된 신호를 함께 꼬은 후에 쉴드로 보호합니다. 이후 이 쉴드를 한 지점에서만 신호 소스 접지에 연결합니다. 자기장이 크거나 전자파 간섭이 높은 부분을 통과하는 신호에서는 이와 같은 연결이 필요합니다.

더 자세한 정보는 Field Wiring and Noise Considerations for Analog Signals 문서를 참조하십시오.

DAQ 디바이스 핀출력 확인하기

신호를 연결하기 전에 디바이스 핀출력을 찾습니다.

  1. Measurement & Automation Explorer (MAX)를 열고 디바이스와 인터페이스를 확장합니다.
  2. 디바이스 이름에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 후 디바이스 핀출력을 선택합니다.

그림 6. 디바이스 터미널 도움말

다음의 터미널 유형은 아날로그 전압 측정에 해당됩니다.

  1. AI X(+/-): 아날로그 입력 ― 아날로그 입력은 채널 개수를 따릅니다. 예를 들어, DAQ 카드에 16개의 아날로그 입력 채널이 있다면 핀출력 다이어그램은 커넥터의 AI 0에서 AI 15까지 양 (+) 및 음 (-) 터미널로 나타납니다. +와 – 부호는 차동 입력 채널 쌍을 뜻합니다.
  2. AI GND: 아날로그 접지 ― 이 터미널은 DAQ 디바이스의 인스트루멘테이션 증폭기의 접지에 전기적으로 연결되어 있습니다.
  3. AI SENSE – AI SENSE 터미널은 특정 단일 종단 입력 터미널 설정(NRSE 및 RSE)에 대한 공통 접지 포인트입니다.

아날로그 전압 측정 설정하기

MAX를 사용하여 측정 시스템 셋업의 정확도를 신속하게 검증할 수 있습니다. NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 사용하여 프로그래밍 없이 전압 측정을 설정할 수 있습니다. 버추얼 채널은 이름, 물리적 채널, 터미널 연결, 측정 또는 생성의 타입, 스케일 정보 등을 포함하는 디바이스 속성 설정의 모음을 표현할 때 사용되는 NI-DAQmx 드라이버 아키텍처의 개념입니다. 다음 단계를 따라 시작하십시오.

  1. MAX가 열린 상태에서, 채널 및 태스크 관리에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 후 새로 생성을 선택합니다.
  2. NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 선택하고 다음을 클릭합니다.
  3. 신호 수집≫아날로그 입력≫전압을 선택하십시오.

그림 7. NI-DAQmx 버추얼 채널 생성하기

  1. 전압 측정을 연결할 물리적 채널을 선택합니다. 물리적 채널은 아날로그나 디지털 신호를 측정하거나 생성할 수 있는 터미널 또는 핀입니다. 단일 물리 채널은 여러 개의 터미 또는 핀을 가질 수 있습니다. 차동 입력 채널이 좋은 예입니다.

그림 8. 디바이스의 물리적 채널

  1. 다음을 클릭하고 글로벌 버추얼 채널의 이름을 입력하거나 기본값을 그대로 둡니다.
  2. 종료를 클릭하면 MAX에서 다음의 화면을 볼 수 있게 됩니다.

그림 9. MAX에서 전압 채널 설정하기

  1. 설정 탭에서 측정에서 읽을 것으로 기대하는 최소 전압 값과 최대 전압 값을 (기본값: -10 V ~ 10 V) 입력합니다. 이렇게 하면 아날로그-디지털 변환기의 디지털 코드가 아날로그 입력 범위 전체에 걸쳐 균등히 나누어지기 때문에 더 높은 분해능의 측정값을 얻을 수 있습니다. 그러므로 좁은 범위를 예상하거나 입력하는 경우, 연이은 두 개의 코드 사이의 전압 입력 차이는 더욱 작아집니다.
  2. 연결과 위의 정보에 기반하여 터미널 설정 (차동, RSE, NRSE, 또는 유사 차동)을 선택합니다.

아날로그 전압 신호를 디바이스에 연결하기

다음 단계는 전압 신호를 DAQ 디바이스에 물리적으로 연결하는 것입니다.

  1. MAX에서 연결 다이어그램 탭을 클릭하여 계속합니다.

그림 10. 아날로그 전압 연결 다이어그램

위의 연결 다이어그램은 사용자가 선택한 물리 채널에 따라 DAQ 디바이스의 어떤 핀이 와이어링되어야 하는지 설명합니다. 이 예에서, 차동 입력 연결은 ai0 (AI+)과 ai8 (AI-)에 대해 각각 핀 68과 34를 사용합니다. 다이어그램은 SCC-68 터미널 블록 액세서리입니다. 디바이스와 인터페이스 아래의 디바이스 이름에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 후 프로퍼티를 선택하여 변경할 수 있습니다.

신호 테스트하기

NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 사용하면 측정을 미리 볼 수 있습니다.

  1. MAX가 열린 상태에서, NI-DAQmx 글로벌 채널 탭을 클릭하고 실행 버튼을 클릭합니다. 화면의 상단에 디스플레이된 측정의 전압 값을 확인할 수 있습니다.

그림 11. MAX에서 전압 측정 미리 보기

신호를 표로 확인하거나 디스플레이 타입 풀다운 메뉴에서 그래프를 선택하여 그래프로 확인할 수도 있습니다. 또한 미래에 설정 화면을 참조하고자 하는 경우 NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 저장하는 옵션도 있습니다.

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