Διαγράμματα σύνδεσης αισθητήρα

Διαγράμματα σύνδεσης αισθητήρων, που ονομάζονται πιο συχνά κυκλώματα μέτρησης, έχουν σχεδιαστεί για να μετατρέπουν την τιμή εξόδου του αισθητήρα και στις περισσότερες περιπτώσεις πρόκειται για αλλαγή της εσωτερικής τους αντίστασης, σε μια πιο βολική τιμή για τη μετέπειτα χρήση του. Κατά κανόνα, πρόκειται για ηλεκτρικό ρεύμα ή αλλαγή τάσης που μπορεί είτε να προσδιοριστεί απευθείας χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης είτε, αφού ενισχυθεί, να τροφοδοτηθεί σε κατάλληλο ενεργοποιητή ή συσκευή εγγραφής.

Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται ευρέως τα ακόλουθα σχήματα μεταγωγής:

• σταθερός,

• πεζοδρόμιο,

• διαφορικός,

• αποζημιωτικός.

Διάγραμμα διαδοχικών κυκλωμάτων αποτελείται από μια πηγή DC ή AC, τον ίδιο τον αισθητήρα Rx, μια συσκευή μέτρησης ή μηχανισμό άμεσης μετάδοσης κίνησης και συνήθως μια πρόσθετη αντίσταση Rd που περιορίζει το ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα (Εικ. 1). Ένα τέτοιο κύκλωμα μεταγωγής χρησιμοποιείται συνήθως ευρέως μόνο με αισθητήρες επαφής για τους οποίους Rx = 0 ή Rx = ?.

Ρύζι. 1. Σειριακό κύκλωμα για σύνδεση αισθητήρων

Επειδή όταν εργάζεστε με άλλους αισθητήρες στο κύκλωμα της συσκευής μέτρησης, ένα ηλεκτρικό ρεύμα που καθορίζεται από την έκφραση I = U /(Rx + Rd) ρέει πάντα και μια μικρή αλλαγή στην εσωτερική αντίσταση του αισθητήρα οδηγεί σε μια πολύ μικρή αλλαγή σε αυτό το ρεύμα. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιείται το ελάχιστο τμήμα της κλίμακας της συσκευής μέτρησης και η ακρίβεια της μέτρησης πρακτικά μειώνεται στο μηδέν. Επομένως, για τους περισσότερους άλλους αισθητήρες, χρησιμοποιούνται ειδικά κυκλώματα μέτρησης, τα οποία αυξάνουν σημαντικά την ευαισθησία και την ακρίβεια της μέτρησης.

Πιο συχνά χρησιμοποιείται κύκλωμα γέφυρας μεταγωγή, κατά την οποία ένας και μερικές φορές πολλοί αισθητήρες συνδέονται με συγκεκριμένο τρόπο μαζί με πρόσθετες αντιστάσεις σε ένα τετράγωνο (το λεγόμενο Γέφυρα Ουίνστον), που έχει δύο διαγώνιες (Εικ. 2). Ένα από αυτά, που ονομάζεται διαγώνιος ισχύος a-b, έχει σχεδιαστεί για να συνδέει μια πηγή DC ή AC και η άλλη, η διαγώνιος μέτρησης c-d, περιλαμβάνει μια συσκευή μέτρησης.

Ρύζι. 2. Κύκλωμα γέφυρας για σύνδεση αισθητήρων

Εάν τα γινόμενα των τιμών αντίστασης των απέναντι πλευρών του τετράπλευρου (βραχίονες γέφυρας) είναι ίσα Rx x R3 = R1NS R2 τα δυναμικά των σημείων c και d θα είναι ίσα και δεν θα υπάρχει ρεύμα στη διαγώνιο μέτρησης. Αυτή η κατάσταση του κυκλώματος γέφυρας ονομάζεται συνήθως ισορροπία γέφυρας, δηλ. το κύκλωμα της γέφυρας είναι ισορροπημένο.

Εάν η αντίσταση του αισθητήρα Rx αλλάξει λόγω εξωτερικής επιρροής, τότε η ισορροπία θα διαταραχθεί και ένα ρεύμα ανάλογο της αλλαγής αυτής της αντίστασης θα ρέει μέσω της συσκευής μέτρησης. Σε αυτήν την περίπτωση, η κατεύθυνση αυτού του ρεύματος υποδεικνύει πώς έχει αλλάξει (αυξήθηκε ή μειώθηκε) η αντίσταση του αισθητήρα.Εδώ, με κατάλληλη επιλογή της ευαισθησίας της συσκευής μέτρησης, όλα αυτά κλίμακα εργασίας.

Το υπό εξέταση κύκλωμα γέφυρας ονομάζεται ανισόρροπος, καθώς η διαδικασία μέτρησης λαμβάνει χώρα στο ανισορροπία γέφυρα, δηλ. ανισορροπία. Ένα κύκλωμα μη ισορροπημένης γέφυρας χρησιμοποιείται συχνότερα σε περιπτώσεις όπου η αντίσταση του αισθητήρα υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων μπορεί να αλλάξει πολύ γρήγορα ανά μονάδα χρόνου, αλλά στη συνέχεια αντί για συσκευή μέτρησης είναι πιο σκόπιμο να χρησιμοποιήσετε μια συσκευή εγγραφής που θα τα καταγράφει αλλαγές .

Θεωρείται πιο ευαίσθητο ισορροπημένο κύκλωμα γέφυρας, στον οποίο ένας ειδικός μετρητικός ρεοστάτης R (Εικ. 3), εξοπλισμένος με ζυγαριά και ονομάζεται ρεόχορδο στην τεχνική μέτρησης, συνδέεται επιπλέον με δύο παρακείμενους βραχίονες.

Ρύζι. 3. Κύκλωμα ισορροπημένης γέφυρας

Όταν εργάζεστε με ένα τέτοιο κύκλωμα, με κάθε αλλαγή στην αντίσταση του αισθητήρα, το κύκλωμα της γέφυρας πρέπει να εξισορροπείται εκ νέου με το ρυθμιστικό που περιλαμβάνεται, δηλ. ενώ δεν υπάρχει ρεύμα στη διαγώνιο μέτρησης. Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή της μετρούμενης παραμέτρου (αλλαγή στην τιμή αντίστασης του αισθητήρα) προσδιορίζεται από μια ειδική κλίμακα που είναι εξοπλισμένη με αυτήν την εγγραφή και βαθμονομείται σε μονάδες της τιμής που μετράται από τον αισθητήρα.

Η υψηλότερη ακρίβεια της ισορροπημένης γέφυρας εξηγείται από το γεγονός ότι είναι ευκολότερο να προσδιοριστεί η έλλειψη ρεύματος στη συσκευή μέτρησης παρά να μετρηθεί άμεσα η τιμή της και η εξισορρόπηση της γέφυρας σε τέτοιες περιπτώσεις, κατά κανόνα, πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ένα ειδικός ηλεκτροκινητήρας που ελέγχεται από το σήμα ανισορροπίας του κυκλώματος γέφυρας.

Τα κυκλώματα γέφυρας για αισθητήρες μεταγωγής θεωρούνται καθολικά, καθώς μπορούν να τροφοδοτούνται τόσο από συνεχές όσο και από εναλλασσόμενο ρεύμα και το πιο σημαντικό, πολλοί αισθητήρες μπορούν να συνδεθούν σε αυτά τα κυκλώματα ταυτόχρονα, γεγονός που συμβάλλει στην αύξηση όχι μόνο της ευαισθησίας, αλλά και της ακρίβεια μέτρησης.

Διαφορικό κύκλωμα η συμπερίληψη αισθητήρων κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας έναν ειδικό μετασχηματιστή που τροφοδοτείται από ένα δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος, η δευτερεύουσα περιέλιξη του οποίου χωρίζεται σε δύο πανομοιότυπα μέρη. Έτσι, σε αυτό το κύκλωμα (Εικ. 4) σχηματίζονται δύο γειτονικά κυκλώματα, καθένα από τα οποία έχει τον δικό του βρόχο ρεύματος Ι1 και Ι2. Και η τιμή του ρεύματος στη συσκευή μέτρησης καθορίζεται από τη διαφορά αυτών των ρευμάτων και εάν οι αντιστάσεις του αισθητήρα Rx και της πρόσθετης αντίστασης Rd είναι ίσες, δεν θα υπάρχει ρεύμα στη συσκευή μέτρησης.

Ρύζι. 4. Κύκλωμα μεταγωγής αισθητήρα διαφορικού

Όταν αλλάξει η αντίσταση του αισθητήρα, ένα ρεύμα ανάλογο με αυτήν την αλλαγή θα ρέει μέσω της συσκευής μέτρησης και η φάση αυτού του ρεύματος θα εξαρτηθεί από τη φύση της αλλαγής αυτής της αντίστασης (αύξηση ή μείωση). Χρησιμοποιείται μόνο εναλλασσόμενο ρεύμα για την τροφοδοσία του διαφορικού κυκλώματος και επομένως είναι πιο κατάλληλο να χρησιμοποιούνται αντιδραστικοί αισθητήρες (επαγωγικοί ή χωρητικός) ως αισθητήρες.

Είναι ιδιαίτερα βολικό να χρησιμοποιείτε ένα τέτοιο κύκλωμα μεταγωγής όταν εργάζεστε με διαφορικούς επαγωγικούς ή χωρητικούς αισθητήρες. Κατά τη χρήση τέτοιων αισθητήρων, καταγράφεται όχι μόνο το μέγεθος της κίνησης, για παράδειγμα, του σιδηρομαγνητικού πυρήνα (Εικ. 5), αλλά και η κατεύθυνση αυτής της κίνησης (το πρόσημο του), ως αποτέλεσμα της οποίας η φάση της εναλλασσόμενης ρεύμα που διέρχεται από τη συσκευή μέτρησης, αλλάζει.Αυτό αυξάνει περαιτέρω την ευαισθησία της μέτρησης.

Ρύζι. 5. Διάγραμμα σύνδεσης επαγωγικού διαφορικού αισθητήρα

Πρέπει να σημειωθεί ότι για να αυξηθεί η ακρίβεια της μέτρησης, σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται άλλοι τύποι παρόμοιων κυκλωμάτων μέτρησης, π.χ. ισορροπημένα διαφορικά κυκλώματα… Τέτοια κυκλώματα περιλαμβάνουν είτε μια επαναλαμβανόμενη χορδή είτε έναν ειδικό αυτομετασχηματιστή μέτρησης με ειδική κλίμακα, και η διαδικασία μέτρησης με τέτοια κυκλώματα είναι παρόμοια με τις μετρήσεις με ένα κύκλωμα ισορροπημένης γέφυρας.

Σχέδιο αποζημίωσης Η συμπερίληψη των αισθητήρων θεωρείται η πιο ακριβής από όλους αυτούς που συζητήθηκαν παραπάνω. Η λειτουργία του βασίζεται σε αντιστάθμιση τάσης εξόδου ή EMF. έναν αισθητήρα ίσο με αυτόν ως προς την πτώση τάσης στον ρεοστάτη μέτρησης (rheochord). Μόνο μια πηγή DC χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του κυκλώματος αντιστάθμισης και χρησιμοποιείται κυρίως με αισθητήρες γεννήτριας DC.

Ας δούμε τη λειτουργία αυτού του κυκλώματος χρησιμοποιώντας το παράδειγμα χρήσης ενός θερμοστοιχείου ως αισθητήρα (Εικ. 6).

Ρύζι. 6. Κύκλωμα αντιστάθμισης για την ενεργοποίηση του θερμοηλεκτρικού αισθητήρα

Κάτω από τη δράση της εφαρμοζόμενης τάσης U, ένα ρεύμα ρέει μέσω του ρεοστάτη μέτρησης, το οποίο προκαλεί πτώση της τάσης U1 στο τμήμα του ρεοστάτη από την αριστερή του έξοδο προς τον κινητήρα. Σε περίπτωση ισότητας αυτής της τάσης και των θερμοστοιχείων EMF — δεν θα υπάρχει ρεύμα μέσω του γλυκόμετρου.

Εάν αλλάξει η τιμή του αισθητήρα emf, είναι απαραίτητο να επιτευχθεί η απουσία αυτού του ρεύματος ξανά χρησιμοποιώντας το ρυθμιστικό του ολισθητήρα. Εδώ, όπως και στο κύκλωμα γέφυρας ισορροπίας, η τιμή της μετρούμενης παραμέτρου, στην περίπτωσή μας η θερμοκρασία (θερμοστοιχείο emf) καθορίζεται από την κλίμακα του συρόμενου σύρματος και η κίνηση του κινητήρα του πραγματοποιείται, τις περισσότερες φορές, επίσης με τη βοήθεια ειδικού ηλεκτροκινητήρα.

Η υψηλή ακρίβεια του κυκλώματος αντιστάθμισης οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη μέτρηση, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον αισθητήρα δεν καταναλώνεται, καθώς το ρεύμα στο κύκλωμα ένταξής του είναι μηδέν. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και με παραμετρικούς αισθητήρες, αλλά στη συνέχεια χρειάζεται μια πρόσθετη πηγή DC, η οποία χρησιμοποιείται στο κύκλωμα τροφοδοσίας του παραμετρικού αισθητήρα.