Схеми за свързване на сензора

Схеми за свързване на сензори, по -често наричани измервателни вериги, са предназначени да преобразуват изходната стойност на сензора и в повечето случаи това е промяна в тяхното вътрешно съпротивление, в по -удобна стойност за последващото му използване. По правило това е електрически ток или промяна в напрежението, което може или да бъде определено директно с помощта на електрическо измервателно устройство, или след като е било усилено, да се подаде към подходящ задвижващ механизъм или записващо устройство.

За тези цели следните схеми за превключване са широко използвани:

• последователен,

• паваж,

• диференциал,

• компенсаторно.

Последователна електрическа схема се състои от източник на постоянен или променлив ток, самия Rx сензор, измервателно устройство или директно задвижващ механизъм и обикновено допълнително съпротивление Rd, което ограничава тока в тази верига (фиг. 1). Такава комутационна верига най -често се използва широко само с контактни сензори, за които Rx = 0 или Rx =?.

Ориз. 1. Последователна верига за свързване на сензори

Тъй като при работа с други сензори във веригата на измервателното устройство винаги тече електрически ток, определен от израза I = U /(Rx + Rд), а лека промяна във вътрешното съпротивление на сензора води до много малка промяна в този ток. В резултат на това се използва минималният участък от скалата на измервателното устройство и точността на измерването на практика се намалява до нула. Затова за повечето други сензори се използват специални измервателни вериги, които значително увеличават чувствителността и точността на измерване.

Най -често използвани мостова верига включване, при което един, а понякога и няколко сензора са свързани по определен начин заедно с допълнителни резистори в четириъгълник (т.нар. Уинстън Бридж), който има два диагонала (фиг. 2). Единият от тях, наречен a-b ​​power diagonal, е предназначен за свързване на DC или AC източник, а другият, c-d измерващ диагонал, включва измервателно устройство.

Ориз. 2. Мостова верига за свързване на сензори

Ако произведенията на стойностите на съпротивлението на противоположните страни на четириъгълника (рамената на моста) са равни Rx x R3 = R1NS R2потенциалите на точки c и d ще бъдат равни и няма да има ток в измервателния диагонал. Това състояние на мостовата верига обикновено се нарича баланс на моста, т.е. мостовата верига е балансирана.

Ако съпротивлението на сензора Rх се промени от външно влияние, тогава равновесието ще бъде нарушено и ток, пропорционален на промяната на това съпротивление, ще тече през измервателното устройство. В този случай посоката на този ток показва как съпротивлението на сензора се е променило (увеличено или намалено). Тук, с подходящ избор на чувствителността на измервателното устройство, цялата му работна везна.

Разглежданата мостова верига се нарича неравновесен, тъй като процесът на измерване се извършва при дисбаланс мост, т.е. дисбаланс. Неравновесна мостова верига се използва най -често в случаите, когато съпротивлението на сензора под въздействието на външни сили може да се промени много бързо за единица време, но тогава вместо измервателно устройство е по -целесъобразно да се използва записващо устройство, което ще записва тези промени.

Смята се за по -чувствителен равновесна мостова верига, в който специален измервателен реостат R (фиг. 3), оборудван със скала и наречен реохорд в измервателната техника, е допълнително свързан към две съседни рамена.

Ориз. 3. Равновесна мостова верига

При работа с такава верига, с всяка промяна в съпротивлението на сензора, мостовата верига трябва да бъде балансирана отново с включения плъзгач, т.е. докато в измервателния диагонал няма ток. В този случай стойността на измерения параметър (промяна в стойността на съпротивлението на сензора) се определя от специална скала, която е оборудвана с този рекорд и калибрирана в единици на стойността, измерена от сензора.

По -високата точност на балансирания мост се обяснява с факта, че е по -лесно да се определи липсата на ток в измервателното устройство, отколкото директно да се измери неговата стойност, а балансирането на моста в такива случаи, като правило, се извършва с помощта специален електродвигател, управляван от сигнала за дисбаланс на мостовата верига.

Мостовите схеми за превключване на сензори се считат за универсални, тъй като те могат да се захранват както от постоянен, така и от променлив ток и най -важното е, че няколко сензора могат да бъдат свързани към тези вериги едновременно, което допринася за увеличаване не само на чувствителността, но и на точността на измерване.

Диференциална верига включването на сензори е изградено с помощта на специален трансформатор, захранван от мрежа с променлив ток, чиято вторична намотка е разделена на две еднакви части. Така в тази верига (фиг. 4) се образуват две съседни вериги, всяка от които има свой собствен токов контур I1 и I2. А стойността на тока в измервателното устройство се определя от разликата на тези токове и ако съпротивленията на сензора Rx и допълнителния резистор Rd са равни, няма да има ток в измервателното устройство.

Ориз. 4. Превключвателна верига на диференциалния сензор

Когато съпротивлението на сензора се промени, ток, пропорционален на тази промяна, ще тече през измервателното устройство и фазата на този ток ще зависи от характера на промяната в това съпротивление (увеличаване или намаляване). За захранване на диференциалната верига се използва само променлив ток и затова е по -целесъобразно да се използват реактивни сензори (индуктивни или капацитивни) като сензори.

Особено удобно е да се използва такава комутационна верига при работа с диференциални индуктивни или капацитивни сензори. При използване на такива сензори се записва не само големината на движението, например на феромагнитното ядро ​​(фиг. 5), но и посоката на това движение (неговият знак), в резултат на което фазата на редуващото се токът, преминаващ през измервателното устройство, се променя. Това допълнително увеличава чувствителността на измерването.

Ориз. 5. Схема на свързване на индуктивен диференциален датчик

Трябва да се отбележи, че за да се увеличи точността на измерването, в някои случаи се използват други видове подобни измервателни вериги, например, равновесни диференциални вериги… Такива вериги включват или повторна хорда, или специален измервателен автотрансформатор със специална скала, а процесът на измерване с такива вериги е подобен на измерванията с равновесна мостова верига.

Компенсационна схема включването на сензори се счита за най -точното от всички, обсъдени по -горе. Работата му се основава на компенсация на изходното напрежение или ЕРС. сензор, равен на него по спада на напрежението в измервателния реостат (реохорд). За захранване на компенсационната верига се използва само източник на постоянен ток и той се използва главно със сензори за генератор на постоянен ток.

Нека разгледаме работата на тази верига, като използваме примера за използване на термодвойка като сензор (фиг. 6).

Ориз. 6. Компенсационна верига за включване на термоелектрическия сензор

Под действието на приложеното напрежение U през измервателния реостат тече ток, който причинява спад на напрежението U1 в участъка на реостата от левия му изход към двигателя. В случай на равенство на това напрежение и ЕРС термодвойки — няма да има ток през глюкомера.

Ако стойността на emf сензорът се смени, е необходимо отново да се постигне липсата на този ток с помощта на плъзгача на плъзгача. Тук, както в равновесната мостова верига, стойността на измерения параметър, в нашия случай температурата (emf термодвойка) се определя от скалата на плъзгащия проводник, а движението на двигателя му се извършва, най -често, също с помощта на специален електродвигател.

Високата точност на компенсационната верига се дължи на факта, че по време на измерването електрическата енергия, генерирана от сензора, не се консумира, тъй като токът във веригата на включването му е нулев. Тази схема може да се използва и с параметрични сензори, но след това е необходим допълнителен източник на постоянен ток, който се използва в захранващата верига на параметричния сензор.