Sensoru pieslēguma shēmas

Sensoru savienojuma shēmas, biežāk sauktas mērīšanas ķēdes, ir paredzēti, lai pārveidotu sensora izejas vērtību, un vairumā gadījumu tā ir to iekšējās pretestības maiņa par ērtāku vērtību tā turpmākai lietošanai. Parasti tā ir elektriskā strāva vai sprieguma izmaiņas, ko var noteikt tieši, izmantojot elektrisko mērierīci, vai arī pēc pastiprināšanas ievadīt piemērotā izpildmehānismā vai ierakstīšanas ierīcē.

Šiem nolūkiem plaši tiek izmantotas šādas pārslēgšanas shēmas:

• konsekvents,

• bruģis,

• diferenciālis,

• kompensācijas.

Secīgā ķēdes shēma sastāv no līdzstrāvas vai maiņstrāvas avota, paša Rx sensora, mērierīces vai tiešās piedziņas mehānisma un parasti papildu pretestības Rd, kas ierobežo strāvu šajā ķēdē (1. att.). Šāda komutācijas ķēde visbiežāk tiek plaši izmantota tikai ar kontaktsensoriem, kuriem Rx = 0 vai Rx = ?.

Rīsi. 1. Seriālā shēma sensoru pievienošanai

Tā kā, strādājot ar citiem sensoriem mērierīces ķēdē, vienmēr plūst elektriskā strāva, ko nosaka izteiksme I = U /(Rx + Rd), un nelielas sensora iekšējās pretestības izmaiņas rada ļoti nelielas izmaiņas. šajā straumē. Rezultātā tiek izmantota mērierīces skalas minimālā sadaļa, un mērījuma precizitāte praktiski tiek samazināta līdz nullei. Tāpēc lielākajai daļai citu sensoru tiek izmantotas īpašas mērīšanas shēmas, kas ievērojami palielina mērījumu jutību un precizitāti.

Visbiežāk izmanto tilta ķēde komutācija, kurā viens un dažreiz vairāki sensori ir noteiktā veidā savienoti kopā ar papildu rezistoriem četrstūrī (t.s. Vinstona tilts), kurai ir divas diagonāles (2. att.). Viens no tiem, ko sauc par a-b jaudas diagonāli, ir paredzēts līdzstrāvas vai maiņstrāvas avota pievienošanai, bet otrs, c-d mērīšanas diagonāle, ietver mērīšanas ierīci.

Rīsi. 2. Tilta ķēde sensoru pievienošanai

Ja četrstūra pretējo malu (tilta plecu) pretestības vērtību reizinājumi ir vienādi Rx x R3 = R1NS R2, punktu c un d potenciāli būs vienādi un mērījumu diagonālē nebūs strāvas. Šo tilta ķēdes stāvokli parasti sauc tilta līdzsvars, t.i. tilta ķēde ir līdzsvarota.

Ja Rx sensora pretestība mainās ārējās ietekmes ietekmē, tad tiks izjaukts līdzsvars un caur mērierīci plūdīs šīs pretestības izmaiņām proporcionāla strāva. Šajā gadījumā šīs strāvas virziens norāda, kā sensora pretestība ir mainījusies (palielinājusies vai samazinājusies).Šeit, ar atbilstošu mērierīces jutīguma izvēli, tas viss darba skala.

Apskatāmā tilta ķēde tiek saukta nesabalansēts, jo mērīšanas process notiek plkst nelīdzsvarotība tilts, t.i. nelīdzsvarotība. Nelīdzsvarotu tilta ķēdi visbiežāk izmanto gadījumos, kad sensora pretestība ārējo spēku ietekmē var mainīties ļoti ātri laika vienībā, bet tad mērierīces vietā lietderīgāk ir izmantot reģistrēšanas ierīci, kas fiksēs šos. izmaiņas.

To uzskata par jutīgāku līdzsvarota tilta ķēde, kurā speciāls mērreostats R (3. att.), kas aprīkots ar skalu un mērīšanas tehnikā saukts par reohordu, papildus savienots ar divām blakus esošajām svirām.

Rīsi. 3. Līdzsvarota tilta ķēde

Strādājot ar šādu ķēdi, ar katru sensora pretestības maiņu tilta ķēde ir jāpārbalansē ar komplektā iekļauto slīdni, t.i. kamēr mērīšanas diagonālē nav strāvas. Šajā gadījumā izmērītā parametra vērtību (sensora pretestības vērtības izmaiņas) nosaka speciāla skala, kas aprīkota ar šo ierakstu un kalibrēta sensora izmērītās vērtības vienībās.

Līdzsvarotā tilta augstāka precizitāte ir izskaidrojama ar to, ka ir vieglāk noteikt strāvas trūkumu mērierīcē, nevis tieši izmērīt tā vērtību, un tilta balansēšana šādos gadījumos parasti tiek veikta, izmantojot īpašs elektromotors, ko vada tilta ķēdes disbalansa signāls.

Tilta shēmas sensoru pārslēgšanai tiek uzskatītas par universālām, jo ​​tās var darbināt gan ar līdzstrāvu, gan maiņstrāvu, un pats galvenais, šīm ķēdēm var vienlaikus pieslēgt vairākus sensorus, kas palīdz palielināt ne tikai jutību, bet arī mērījumu precizitāte.

Diferenciālā ķēde sensoru iekļaušana ir veidota, izmantojot īpašu transformatoru, ko darbina maiņstrāvas tīkls, kura sekundārais tinums ir sadalīts divās identiskās daļās. Tādējādi šajā ķēdē (4. att.) veidojas divas blakus ķēdes, kurām katrai ir sava strāvas cilpa I1 un I2. Un strāvas vērtību mērīšanas ierīcē nosaka šo strāvu starpība, un, ja sensora Rx un papildu rezistora Rd pretestības ir vienādas, tad mērierīcē nebūs strāvas.

Rīsi. 4. Diferenciālā sensora pārslēgšanas ķēde

Mainoties sensora pretestībai, caur mērierīci plūdīs šīm izmaiņām proporcionāla strāva, un šīs strāvas fāze būs atkarīga no šīs pretestības izmaiņu rakstura (palielinājuma vai samazinājuma). Diferenciālās ķēdes barošanai tiek izmantota tikai maiņstrāva, un tāpēc ir piemērotāk kā sensorus izmantot reaktīvos sensorus (induktīvos vai kapacitatīvos).

Īpaši ērti ir izmantot šādu komutācijas ķēdi, strādājot ar diferenciāliem induktīviem vai kapacitatīviem sensoriem. Lietojot šādus sensorus, tiek fiksēts ne tikai kustības lielums, piemēram, feromagnētiskā serdeņa (5. att.), bet arī šīs kustības virziens (tā zīme), kā rezultātā tiek fiksēta maiņstrāvas fāze. strāva, kas iet caur mērierīci, mainās.Tas vēl vairāk palielina mērījuma jutību.

Rīsi. 5. Induktīvā diferenciāļa sensora pieslēguma shēma

Jāņem vērā, ka mērījumu precizitātes paaugstināšanai atsevišķos gadījumos tiek izmantotas cita veida līdzīgas mērīšanas shēmas, piem. līdzsvarotas diferenciālās ķēdes… Šādas shēmas ietver vai nu atkārtotu akordu, vai īpašu mērīšanas autotransformatoru ar īpašu skalu, un mērīšanas process ar šādām shēmām ir līdzīgs mērījumiem ar līdzsvarotu tilta ķēdi.

Kompensācijas shēma sensoru iekļaušana tiek uzskatīta par visprecīzāko no visiem iepriekš apspriestajiem. Tās darbības pamatā ir izejas sprieguma kompensācija vai EMF. sensors, kas ir vienāds ar to sprieguma krituma ziņā mērīšanas reostatā (reohordā). Kompensācijas ķēdes barošanai tiek izmantots tikai līdzstrāvas avots, un to galvenokārt izmanto ar līdzstrāvas ģeneratora sensoriem.

Apskatīsim šīs ķēdes darbību, izmantojot termopāra kā sensora izmantošanas piemēru (6. att.).

Rīsi. 6. Termoelektriskā sensora ieslēgšanas kompensācijas ķēde

Pielietotā sprieguma U iedarbībā caur mērīšanas reostatu plūst strāva, kas izraisa sprieguma U1 kritumu reostata sekcijā no tā kreisās izejas uz motoru. Ja šis spriegums un EMF termopāri ir vienādi - caur glikometru nebūs strāvas.

Ja emf sensora vērtība mainās, ir nepieciešams vēlreiz panākt šīs strāvas neesamību, izmantojot slīdņa slīdni. Šeit, tāpat kā līdzsvara tilta ķēdē, izmērītā parametra vērtība, mūsu gadījumā temperatūra (emf termopāris) nosaka bīdāmās stieples mērogs, un tā motora kustība tiek veikta, visbiežāk, arī ar speciāla elektromotora palīdzību.

Kompensācijas ķēdes augstā precizitāte ir saistīta ar faktu, ka mērīšanas laikā sensora radītā elektriskā enerģija netiek patērēta, jo strāva tā iekļaušanas ķēdē ir nulle. Šo shēmu var izmantot arī ar parametriskajiem sensoriem, bet tad ir nepieciešams papildu līdzstrāvas avots, kas tiek izmantots parametriskā sensora barošanas ķēdē.