25 sierpnia 2021
Karta pomiarowa
DAQ - Data Acquisition Card - Karta akwizycji danych - Karta pomiarowa

Urządzenie to inaczej nazywamy kartą akwizycji danych. W języku angielskim możemy spotkać się ze skrótem DAQ – Data Acquisition Card. Karta pomiarowa jest urządzeniem rozszerzającym możliwości komputera, podobnie jak karta dźwiękowa czy karta tunera TV. Producentami kart pomiarowych są między innymi takie firmy jak: National Instruments, Advantech, LabJack, Measurement Computing Corporation, EAGLE Technology, ADDI-DATA, DATAQ Instruments.

Akwizycja danych

Akwizycja danych to proces mierzenia wartości (próbkowania) sygnałów elektrycznych, które opisują rzeczywiste zjawiska fizyczne i przekształcania ich do postaci cyfrowej, zrozumiałej dla procesora. Dzięki oprogramowaniu można w dowolny sposób te informacje wykorzystać np. przeliczyć, wyświetlić na ekranie, zapisać do pliku. Karta pomiarowa jest podstawowym urządzeniem I/O tworzącym interfejs pomiędzy komputerem PC a światem zewnętrznym. Wielofunkcyjna karta akwizycji danych pozwala zarówno na wykonywanie pomiarów i wykrywanie zmiany stanu sygnałów binarnych napływających do komputera, jak również wysyłanie na zewnątrz sygnałów sterujących analogowych i cyfrowych.

Wielofunkcyjna karta akwizycji danych USB-4704 firmy Advantech

Wielofunkcyjna karta akwizycji danych USB-4704 firmy Advantech

Możliwości karty pomiarowej

Wielofunkcyjna karta pomiarowa w podstawowej konfiguracji może dysponować: wejściami analogowymi (AI – Analog Input), wejściami cyfrowymi (DI – Digital Input), wyjściami analogowymi (AO – Analog Output), wyjściami cyfrowymi (DO – Digital Output).

  • wejścia analogowe pozwalają na wykonywanie pomiarów (przetworzenia na postać cyfrową) standardowych sygnałów analogowych napięciowych (0-1 V, 0-5 V, 0-10 V, +- 5 V, +- 10 V) i prądowych (0-20 mA, 4-20 mA).
  • wejścia cyfrowe umożliwiają wykrywanie zmiany stanu sygnału cyfrowego (dwustanowego, binarnego) z 0 na 1 lub z 1 na 0. Wejścia cyfrowe bardzo często pracują z wykorzystaniem standardu TTL, czyli w zakresie napięcia stałego 0-5 V.
  • Wyjścia analogowe pozwalają na wysłanie na zewnątrz standardowego sygnału elektrycznego o ustalonej (manualnie przez operatora lub automatycznie przez oprogramowanie sterujące) wartości, np. z przedziału 0-10 V lub 0-20 mA.
  • Wyjścia cyfrowe to linie, które pozwalają na wysłanie na zewnątrz komputera sygnału binarnego (zero-jedynkowego). Podobnie jak wejścia cyfrowe, często pracują w standardzie TTL i pozwalają na sterowanie typu włącz-wyłącz różnymi elementami wykonawczymi.

Zarówno wejścia, jak i wyjścia są wyprowadzone na zewnątrz karty akwizycji danych za pomocą zacisków śrubowych, do których przewodami doprowadzamy odpowiednie sygnały. Rozkład wyprowadzeń jest dokładnie podany (narysowany) w dołączonej instrukcji obsługi.

NI USB-6009 rozkład wyprowadzeń

Rozkład wyprowadzeń karty pomiarowej NI USB-6009

Parametry karty pomiarowej

Przymierzając się do wykorzystania karty pomiarowej na przykład do wykonywania pomiarów wielkości analogowych np. temperatury, pH, ciśnienia, przepływu, musimy przede wszystkim wybrać odpowiedni model karty pomiarowej z szerokiej oferty producentów.

Karta pomiarowa NI cDAQ-9188 firmy National Instruments

Wielofunkcyjna karta pomiarowa NI cDAQ-9188 firmy National Instruments

W przypadku pomiarów sygnałów analogowych zwracamy uwagę na parametry opisujące linie wejść analogowych. Najważniejsze z nich to:

  • liczba kanałów – mówi nam o tym, ile wejść analogowych znajduje się na danej karcie pomiarowej. Liczba ta decyduje np. o ilości czujników pomiarowych, które będziemy mogli równocześnie podłączyć do wybranej karty akwizycji danych. Najczęściej spotkamy 8 lub 16 wejść analogowych,
  • zakres wejściowy – decyduje o tym, jakie rodzaje analogowego sygnału elektrycznego będziemy mogli doprowadzić do wejścia analogowego (napięciowy, prądowy) i jaka będzie mogła być maksymalna wartość tego sygnału wprowadzona na wejście analogowe karty pomiarowej, np. +- 20 V,
  • rozdzielczość – jest to parametr opisujący możliwości przetwornika analogowo-cyfrowego (AD – analog to digital, lub ADC – analog to digital converter), znajdującego się na karcie pomiarowej. Rozdzielczość wyrażamy w bitach i decyduje ona o błędzie kwantyzacji, czyli przetwarzania sygnału analogowego na postać cyfrową. Im wyższa rozdzielczość, tym ten błąd jest mniejszy. W ofercie producentów najczęściej spotkamy karty pomiarowe z przetwornikiem analogowo-cyfrowym o rozdzielczości 10, 12, 16, 24 bity.
  • częstotliwość próbkowania – informuje nas o tym, ile pomiarów w ciągu sekundy jest w stanie wykonać przetwornik analogowo-cyfrowy zainstalowany na naszej karcie pomiarowej. Wyraża się ją w [Hz] – hercach lub [S/s] – Samplach/sekundę. Dobieramy kartę pomiarową dysponującą odpowiednią częstotliwością próbkowania w stosunku do częstotliwości sygnału analogowego, który będziemy chcieli zmierzyć. Najprostsze rozwiązania oferują możliwość wykonywania na przykład 10 tysięcy pomiarów w ciągu sekundy (10 kS/s), ale dostępne są też karty pomiarowe, które potrafią mierzyć 100 tysięcy razy na sekundę, milion, a nawet kilka milionów razy w ciągu sekundy.

W podobny sposób określamy wymagania w stosunku do wejść cyfrowych oraz wyjść cyfrowych i analogowych.

Chętnie pomożemy dobrać urządzenie, które najlepiej będzie się spisywało w Państwa systemie pomiarowo-sterującym.

Zapraszamy do kontaktu!

Słownik pojęć

DAQ (ang. Data Acquisition Card) - karta akwizycji danych

DAQ – jest to urządzenie I/O podłączane do komputera, pozwalające na wprowadzanie i wyprowadzanie sygnałów elektrycznych będących wynikami pomiarów bądź rozkazami sterującymi.