Dijagrami spajanja senzora

Dijagrami povezivanja senzora, češće se nazivaju mjerni krugovi, dizajnirani su za pretvaranje izlazne vrijednosti senzora, au većini slučajeva to je promjena njihovog unutarnjeg otpora, u prikladniju vrijednost za njegovu kasniju upotrebu. U pravilu se radi o električnoj struji ili promjeni napona koja se može odrediti izravno pomoću električnog mjernog uređaja ili se nakon pojačanja dovodi do odgovarajućeg aktuatora ili uređaja za snimanje.

U ove svrhe široko se koriste sljedeće sheme prebacivanja:

• dosljedan,

• pločnik,

• diferencijal,

• kompenzacijski.

Sekvencijalni dijagram strujnog kruga sastoji se od istosmjernog ili izmjeničnog izvora, samog Rx senzora, mjernog uređaja ili izravnog pogonskog mehanizma i obično dodatnog otpora Rd koji ograničava struju u ovom krugu (slika 1). Takav sklop sklopa najčešće se široko koristi samo kod kontaktnih senzora za koje je Rx = 0 ili Rx = ?.

Riža. 1. Serijski krug za spajanje senzora

Budući da pri radu s drugim senzorima u krugu mjernog uređaja uvijek teče električna struja određena izrazom I = U /(Rx + Rd), a mala promjena unutarnjeg otpora senzora dovodi do vrlo male promjene u ovoj struji. Kao rezultat toga, koristi se minimalni dio skale mjernog uređaja, a točnost mjerenja je praktički svedena na nulu. Stoga se za većinu ostalih senzora koriste posebni mjerni sklopovi koji značajno povećavaju osjetljivost i točnost mjerenja.

Najčešće se koristi mostni krug prekapčanje, kod kojeg je jedan, a ponekad i više senzora, spojeno na određeni način zajedno s dodatnim otpornicima u četverokut (tzv. Winstonov most), koji ima dvije dijagonale (slika 2). Jedna od njih, nazvana a-b dijagonala snage, dizajnirana je za spajanje istosmjernog ili izmjeničnog izvora, a druga, c-d mjerna dijagonala, uključuje mjerni uređaj.

Riža. 2. Premosni krug za spajanje senzora

Ako su umnošci vrijednosti otpora suprotnih strana četverokuta (krakova mosta) jednaki Rx x R3 = R1NS R2 potencijali točaka c i d bit će jednaki i neće biti struje u mjernoj dijagonali. Ovo stanje mosnog kruga obično se naziva ravnoteža mosta, tj. strujni krug mosta je uravnotežen.

Ako se otpor Rx senzora promijeni zbog vanjskog utjecaja, tada će se ravnoteža poremetiti i kroz mjerni uređaj će teći struja proporcionalna promjeni tog otpora. U ovom slučaju, smjer ove struje pokazuje kako se otpor senzora promijenio (povećao ili smanjio).Ovdje uz odgovarajući izbor osjetljivosti mjernog uređaja sve radna vaga.

Krug mosta koji se razmatra naziva se neuravnotežen, jer se proces mjerenja odvija na neravnoteža most, tj. neravnoteža. Neuravnoteženi premosni sklop najčešće se koristi u slučajevima kada se otpor senzora pod utjecajem vanjskih sila može vrlo brzo mijenjati u jedinici vremena, ali je tada umjesto mjernog uređaja svrsishodnije koristiti uređaj za snimanje koji će te bilježiti. promjene .

Smatra se osjetljivijim uravnoteženi mostni krug, kod kojeg je poseban mjerni reostat R (slika 3), opremljen skalom i u mjernoj tehnici nazvan reohord, dodatno spojen na dva susjedna kraka.

Riža. 3. Uravnoteženi premosni krug

Pri radu s takvim krugom, sa svakom promjenom otpora senzora, mosni krug mora se ponovno uravnotežiti uključenim klizačem, tj. dok u mjernoj dijagonali nema struje. U tom slučaju se vrijednost mjerenog parametra (promjena vrijednosti otpora senzora) utvrđuje posebnom vagom koja je opremljena ovim zapisom i kalibrirana u jedinicama vrijednosti izmjerene senzorom.

Veća točnost balansiranog mosta objašnjava se činjenicom da je lakše odrediti nedostatak struje u mjernom uređaju nego izravno mjeriti njegovu vrijednost, a balansiranje mosta u takvim slučajevima, u pravilu, provodi se pomoću poseban električni motor kojim upravlja signal neuravnoteženosti kruga mosta.

Premosni krugovi za preklopne senzore smatraju se univerzalnim, budući da se mogu napajati istosmjernom i izmjeničnom strujom, a što je najvažnije, nekoliko senzora može se spojiti na te krugove istovremeno, što doprinosi povećanju ne samo osjetljivosti, već i točnost mjerenja.

Diferencijalni krug uključivanje senzora izgrađeno je pomoću posebnog transformatora koji se napaja mrežom izmjenične struje, čiji je sekundarni namot podijeljen na dva identična dijela. Tako se u ovom krugu (slika 4) formiraju dva susjedna kruga od kojih svaki ima svoju strujnu petlju I1 i I2. A vrijednost struje u mjernom uređaju određena je razlikom tih struja, a ako su otpori senzora Rx i dodatnog otpornika Rd jednaki, neće biti struje u mjernom uređaju.

Riža. 4. Preklopni krug diferencijalnog senzora

Kada se otpor senzora promijeni, kroz mjerni uređaj teći će struja proporcionalna toj promjeni, a faza te struje ovisit će o prirodi promjene tog otpora (povećanje ili smanjenje). Za napajanje diferencijalnog strujnog kruga koristi se samo izmjenična struja, pa je kao senzore prikladnije koristiti reaktivne senzore (induktivne ili kapacitivne).

Posebno je prikladno koristiti takav sklopni krug pri radu s diferencijalnim induktivnim ili kapacitivnim senzorima. Pri korištenju takvih senzora bilježi se ne samo veličina kretanja, na primjer, feromagnetske jezgre (slika 5), ​​već i smjer tog kretanja (njegov znak), zbog čega se faza izmjeničnog struja koja prolazi kroz mjerni uređaj mijenja se.Time se dodatno povećava osjetljivost mjerenja.

Riža. 5. Shema spoja induktivnog diferencijalnog senzora

Treba napomenuti da se radi povećanja točnosti mjerenja u nekim slučajevima koriste druge vrste sličnih mjernih krugova, na primjer, uravnoteženi diferencijalni krugovi… Takvi krugovi uključuju ili ponovljenu strunu ili poseban mjerni autotransformator s posebnom ljestvicom, a postupak mjerenja s takvim krugovima sličan je mjerenjima s uravnoteženim premosnim krugom.

Shema kompenzacije uključivanje senzora smatra se najtočnijim od svih gore spomenutih. Njegov rad se temelji na kompenzaciji izlaznog napona ili EMF. senzor njemu jednak po padu napona u mjernom reostatu (reohordu). Samo se istosmjerni izvor koristi za napajanje kompenzacijskog kruga i uglavnom se koristi sa senzorima istosmjernog generatora.

Pogledajmo rad ovog kruga na primjeru korištenja termoelementa kao senzora (slika 6).

Riža. 6. Kompenzacijski krug za uključivanje termoelektričnog senzora

Pod djelovanjem dovedenog napona U kroz mjerni reostat teče struja koja uzrokuje pad napona U1 u dijelu reostata od njegovog lijevog izlaza do motora. U slučaju jednakosti ovog napona i EMF termoparova - neće biti struje kroz glukometar.

Ako se vrijednost emf senzora promijeni, potrebno je ponovno postići odsutnost ove struje pomoću klizača klizača. Ovdje, kao iu ravnotežnom mostnom krugu, vrijednost mjerenog parametra, u našem slučaju temperatura (emf termopar) određuje se ljestvicom klizne žice, a kretanje njezina motora provodi se, najčešće, također uz pomoć posebnog elektromotora.

Visoka točnost kompenzacijskog kruga posljedica je činjenice da se tijekom mjerenja električna energija koju generira senzor ne troši, jer je struja u krugu njegovog uključivanja nula. Ovaj sklop se također može koristiti s parametarskim senzorima, ali tada je potreban dodatni istosmjerni izvor koji se koristi u strujnom krugu napajanja parametarskog senzora.