Scheme de conectare a senzorilor

Scheme de conectare ale senzorilor, numite mai frecvent circuite de măsurare, sunt concepute pentru a converti valoarea de ieșire a senzorului și, în majoritatea cazurilor, aceasta este o modificare a rezistenței lor interne, într-o valoare mai convenabilă pentru utilizarea sa ulterioară. De regulă, acesta este un curent electric sau o schimbare a tensiunii care poate fi determinată direct folosind un dispozitiv de măsurare electric sau, după amplificare, alimentată la un dispozitiv de acționare sau de înregistrare adecvat.

În aceste scopuri, următoarele scheme de comutare sunt utilizate pe scară largă:

• consistent,

• trotuar,

• diferenţial,

• compensatorie.

Schema circuitului secvenţial constă dintr-o sursă DC sau AC, senzorul Rx însuși, un dispozitiv de măsurare sau mecanism de antrenare directă și, de obicei, o rezistență suplimentară Rd care limitează curentul în acest circuit (Fig. 1). Un astfel de circuit de comutare este cel mai adesea utilizat pe scară largă numai cu senzori de contact pentru care Rx = 0 sau Rx = ?.

Orez. 1. Circuit serial pentru conectarea senzorilor

Deoarece atunci când lucrați cu alți senzori în circuitul dispozitivului de măsurare, curge întotdeauna un curent electric determinat de expresia I = U /(Rx + Rd), iar o ușoară modificare a rezistenței interne a senzorului duce la o modificare foarte mică. în acest curent. Ca urmare, se utilizează secțiunea minimă a scalei dispozitivului de măsurare, iar precizia măsurării este practic redusă la zero. Prin urmare, pentru majoritatea celorlalți senzori, se folosesc circuite speciale de măsurare, care măresc semnificativ sensibilitatea și precizia măsurării.

Cel mai des folosit circuit de punte comutare, în care unul și uneori mai mulți senzori sunt conectați într-un anumit mod împreună cu rezistențe suplimentare într-un patrulater (așa-numitul Podul Winston), care are două diagonale (Fig. 2). Una dintre ele, numită diagonala de putere a-b, este concepută pentru a conecta o sursă DC sau AC, iar cealaltă, diagonala de măsurare c-d, include un dispozitiv de măsurare.

Orez. 2. Circuit de punte pentru conectarea senzorilor

Dacă produsele valorilor rezistenței laturilor opuse ale patrulaterului (brațele podului) sunt egale Rx x R3 = R1NS R2, potențialele punctelor c și d vor fi egale și nu va exista curent în diagonala de măsurare. Această stare a circuitului de punte este numită în mod obișnuit echilibru de punte, adică circuitul podului este echilibrat.

Dacă rezistența senzorului Rx se modifică din cauza influenței externe, atunci echilibrul va fi perturbat și un curent proporțional cu modificarea acestei rezistențe va circula prin dispozitivul de măsurare. În acest caz, direcția acestui curent indică modul în care rezistența senzorului s-a schimbat (a crescut sau a scăzut).Aici, cu o alegere adecvată a sensibilității dispozitivului de măsurare, toate acestea scara de lucru.

Circuitul de punte luat în considerare este numit dezechilibrat, deoarece procesul de măsurare are loc la dezechilibru pod, adică dezechilibru. Un circuit de punte dezechilibrat este folosit cel mai adesea în cazurile în care rezistența senzorului sub influența forțelor externe se poate schimba foarte repede pe unitatea de timp, dar atunci în locul unui dispozitiv de măsurare este mai oportun să se folosească un dispozitiv de înregistrare care să înregistreze aceste schimbari.

Este considerat mai sensibil circuit de punte echilibrat, în care un reostat special de măsurare R (Fig. 3), echipat cu o scară și numit reocord în tehnica de măsurare, este conectat suplimentar la două brațe adiacente.

Orez. 3. Circuit de punte echilibrat

Când lucrați cu un astfel de circuit, la fiecare modificare a rezistenței senzorului, circuitul puntea trebuie reechilibrat cu glisorul inclus, adică. în timp ce nu există curent în diagonala de măsurare. În acest caz, valoarea parametrului măsurat (modificarea valorii rezistenței senzorului) este determinată de o scală specială care este echipată cu această înregistrare și calibrată în unități ale valorii măsurate de senzor.

Precizia mai mare a podului echilibrat se explică prin faptul că este mai ușor să se determine lipsa de curent în dispozitivul de măsurare decât să se măsoare direct valoarea acestuia, iar echilibrarea podului în astfel de cazuri, de regulă, se realizează folosind un motor electric special controlat de semnalul de dezechilibru al circuitului de punte.

Circuitele punte pentru comutarea senzorilor sunt considerate universale, deoarece pot fi alimentate atât cu curent continuu, cât și cu curent alternativ și, cel mai important, mai mulți senzori pot fi conectați la aceste circuite în același timp, ceea ce contribuie la creșterea nu numai a sensibilității, ci și a precizia măsurării.

Circuit diferențial includerea senzorilor este construită folosind un transformator special alimentat de o rețea de curent alternativ, a cărei înfășurare secundară este împărțită în două părți identice. Astfel, în acest circuit (Fig. 4) se formează două circuite adiacente, fiecare dintre ele având propria sa buclă de curent I1 și I2. Iar valoarea curentului din dispozitivul de măsurare este determinată de diferența acestor curenți, iar dacă rezistențele senzorului Rx și ale rezistenței suplimentare Rd sunt egale, nu va exista curent în dispozitivul de măsurare.

Orez. 4. Circuit de comutare a senzorului diferenţial

Când rezistența senzorului se modifică, un curent proporțional cu această modificare va circula prin dispozitivul de măsurare, iar faza acestui curent va depinde de natura modificării acestei rezistențe (creștere sau scădere). Pentru alimentarea circuitului diferenţial se foloseşte numai curent alternativ şi, prin urmare, este mai potrivit să se utilizeze senzori reactivi (inductivi sau capacitivi) ca senzori.

Este deosebit de convenabil să folosiți un astfel de circuit de comutare atunci când lucrați cu senzori inductivi sau capacitivi diferențiali. Atunci când se utilizează astfel de senzori, se înregistrează nu numai mărimea mișcării, de exemplu, a miezului feromagnetic (Fig. 5), ci și direcția acestei mișcări (semnul acesteia), în urma căreia faza alternantei. curentul care trece prin dispozitivul de măsurare se modifică.Acest lucru crește și mai mult sensibilitatea măsurării.

Orez. 5. Schema de conectare a unui senzor diferenţial inductiv

Trebuie remarcat faptul că, pentru a crește acuratețea măsurării, în unele cazuri sunt utilizate alte tipuri de circuite de măsurare similare, de exemplu, circuite diferențiale echilibrate… Astfel de circuite includ fie o coardă repetată, fie un autotransformator special de măsurare cu o scară specială, iar procesul de măsurare cu astfel de circuite este similar cu măsurătorile cu un circuit de punte echilibrat.

Schema de compensare includerea senzorilor este considerată cea mai precisă dintre toate cele discutate mai sus. Funcționarea sa se bazează pe compensarea tensiunii de ieșire sau EMF. un senzor egal cu acesta în ceea ce privește căderea de tensiune în reostatul de măsurare (reocord). Doar o sursă de curent continuu este utilizată pentru alimentarea circuitului de compensare și este utilizată în principal cu senzori generatori de curent continuu.

Să ne uităm la funcționarea acestui circuit folosind exemplul de utilizare a unui termocuplu ca senzor (Fig. 6).

Orez. 6. Circuit de compensare pentru pornirea senzorului termoelectric

Sub acțiunea tensiunii aplicate U, un curent trece prin reostatul de măsurare, ceea ce provoacă o scădere a tensiunii U1 în secțiunea reostatului de la ieșirea din stânga la motor. În cazul egalității acestei tensiuni și termocuplurilor EMF — nu va exista curent prin glucometru.

Dacă se modifică valoarea senzorului EMF, este necesar să se realizeze din nou absența acestui curent folosind glisorul cursorului. Aici, ca și în circuitul punții de echilibru, valoarea parametrului măsurat, în cazul nostru temperatura (termocuplu emf) este determinată de scara firului de alunecare, iar mișcarea motorului acestuia se realizează, cel mai adesea, și cu ajutorul unui motor electric special.

Precizia ridicată a circuitului de compensare se datorează faptului că în timpul măsurării, energia electrică generată de senzor nu este consumată, deoarece curentul în circuitul includerii acestuia este zero. Acest circuit poate fi folosit și cu senzori parametrici, dar apoi este necesară o sursă suplimentară de curent continuu, care este utilizată în circuitul de alimentare al senzorului parametric.