Schémy zapojenia snímača

Schémy zapojenia snímačov, bežnejšie tzv meracie obvody, sú určené na prevod výstupnej hodnoty snímača a vo väčšine prípadov ide o zmenu ich vnútorného odporu na vhodnejšiu hodnotu pre jeho následné použitie. Spravidla ide o elektrický prúd alebo zmenu napätia, ktorú je možné buď priamo určiť pomocou elektrického meracieho zariadenia, alebo po zosilnení priviesť do vhodného akčného člena alebo záznamového zariadenia.

Na tieto účely sa široko používajú nasledujúce schémy prepínania:

• konzistentný,

• chodník,

• diferenciál,

• kompenzačné.

Sekvenčná schéma zapojenia pozostáva zo zdroja jednosmerného alebo striedavého prúdu, samotného snímača Rx, meracieho zariadenia alebo mechanizmu priameho pohonu a zvyčajne prídavného odporu Rd, ktorý obmedzuje prúd v tomto obvode (obr. 1). Takýto spínací obvod sa najčastejšie používa len s kontaktnými snímačmi, pre ktoré Rx = 0 alebo Rx = ?.

Ryža. 1. Sériový obvod na pripojenie snímačov

Pretože pri práci s inými snímačmi v obvode meracieho zariadenia vždy preteká elektrický prúd určený výrazom I = U /(Rx + Rd) a mierna zmena vnútorného odporu snímača vedie k veľmi malej zmene v tomto prúde. V dôsledku toho sa používa minimálna časť stupnice meracieho zariadenia a presnosť merania je prakticky znížená na nulu. Preto sa pre väčšinu ostatných snímačov používajú špeciálne meracie obvody, ktoré výrazne zvyšujú citlivosť a presnosť merania.

Najčastejšie používané mostíkový okruh spínanie, pri ktorom je jeden a niekedy aj niekoľko snímačov zapojených určitým spôsobom spolu s prídavnými odpormi do štvoruholníka (tzv. Winstonov most), ktorý má dve uhlopriečky (obr. 2). Jedna z nich s názvom a-b výkonová uhlopriečka je určená na pripojenie jednosmerného alebo striedavého zdroja a druhá, meracia uhlopriečka c-d, obsahuje meracie zariadenie.

Ryža. 2. Mostový obvod na pripojenie snímačov

Ak sú súčin hodnôt odporu protiľahlých strán štvoruholníka (ramená mostíka) rovnaké Rx x R3 = R1NS R2, potenciály bodov c a d budú rovnaké a v uhlopriečke merania nebude prúd. Tento stav mostíkového okruhu sa bežne nazýva mostová rovnováha, t.j. mostíkový obvod je vyvážený.

Ak sa vonkajším vplyvom zmení odpor snímača Rx, naruší sa rovnováha a meracím zariadením potečie prúd úmerný zmene tohto odporu. V tomto prípade smer tohto prúdu udáva, ako sa odpor snímača zmenil (zvýšil alebo zmenšil).Tu pri vhodnom výbere citlivosti meracieho prístroja všetko pracovná váha.

Uvažovaný mostný okruh je tzv nevyvážený, keďže proces merania prebieha pri nerovnováha most, t.j. nerovnováha. Nesymetrický mostíkový obvod sa najčastejšie používa v prípadoch, keď sa odpor snímača vplyvom vonkajších síl môže veľmi rýchlo meniť za jednotku času, ale vtedy je účelnejšie namiesto meracieho zariadenia použiť záznamové zariadenie, ktoré tieto zaznamená. zmeny .

Považuje sa za citlivejšie vyvážený mostíkový obvod, v ktorom je k dvom susedným ramenám navyše pripojený špeciálny merací reostat R (obr. 3), vybavený stupnicou a nazývaný v meracej technike reochord.

Ryža. 3. Vyvážený mostíkový obvod

Pri práci s takýmto obvodom je potrebné pri každej zmene odporu snímača premosťovací obvod znovu vyvážiť priloženým posúvačom, t.j. pričom v meracej uhlopriečke nie je prúd. V tomto prípade je hodnota meraného parametra (zmena hodnoty odporu snímača) určená špeciálnou stupnicou, ktorá je vybavená týmto záznamom a je kalibrovaná v jednotkách hodnoty nameranej snímačom.

Vyššia presnosť vyváženého mostíka je vysvetlená skutočnosťou, že je ľahšie určiť nedostatok prúdu v meracom zariadení, ako priamo merať jeho hodnotu, a vyváženie mosta sa v takýchto prípadoch spravidla vykonáva pomocou špeciálny elektromotor riadený signálom nevyváženosti mostíkového obvodu.

Mostové obvody na spínanie snímačov sa považujú za univerzálne, pretože môžu byť napájané jednosmerným aj striedavým prúdom a čo je najdôležitejšie, k týmto obvodom je možné pripojiť niekoľko snímačov súčasne, čo prispieva k zvýšeniu nielen citlivosti, ale aj presnosť merania.

Diferenciálny obvod zahrnutie snímačov je postavené pomocou špeciálneho transformátora napájaného zo siete striedavého prúdu, ktorého sekundárne vinutie je rozdelené na dve identické časti. V tomto obvode (obr. 4) sú teda vytvorené dva susedné obvody, z ktorých každý má vlastnú prúdovú slučku I1 a I2. A hodnota prúdu v meracom zariadení je určená rozdielom týchto prúdov a ak sú odpory snímača Rx a prídavného odporu Rd rovnaké, v meracom zariadení nebude prúd.

Ryža. 4. Spínací obvod diferenciálneho snímača

Pri zmene odporu snímača potečie meracím zariadením prúd úmerný tejto zmene, pričom fáza tohto prúdu bude závisieť od charakteru zmeny tohto odporu (zvýšenie alebo zníženie). Na napájanie diferenciálneho obvodu sa používa iba striedavý prúd, a preto je vhodnejšie ako snímače použiť reaktívne snímače (indukčné alebo kapacitné).

Je obzvlášť vhodné použiť takýto spínací obvod pri práci s diferenciálnymi indukčnými alebo kapacitnými snímačmi. Pri použití takýchto snímačov sa zaznamenáva nielen veľkosť pohybu napríklad feromagnetického jadra (obr. 5), ale aj smer tohto pohybu (jeho znak), v dôsledku čoho sa fáza striedavého prúd prechádzajúci meracím zariadením sa mení.To ďalej zvyšuje citlivosť merania.

Ryža. 5. Schéma zapojenia indukčného diferenciálneho snímača

Treba poznamenať, že na zvýšenie presnosti merania sa v niektorých prípadoch používajú iné typy podobných meracích obvodov, napr. vyvážené diferenciálne obvody… Medzi takéto obvody patrí buď opakovaná struna alebo špeciálny merací autotransformátor so špeciálnou stupnicou a proces merania s takýmito obvodmi je podobný meraniam s vyváženým mostíkovým obvodom.

Kompenzačná schéma zahrnutie senzorov sa považuje za najpresnejšie zo všetkých vyššie diskutovaných. Jeho činnosť je založená na kompenzácii výstupného napätia alebo EMF. snímač, ktorý sa mu rovná úbytku napätia v meracom reostate (reochord). Na napájanie kompenzačného obvodu sa používa iba jednosmerný zdroj a používa sa hlavne so snímačmi generátora jednosmerného prúdu.

Pozrime sa na činnosť tohto obvodu na príklade použitia termočlánku ako snímača (obr. 6).

Ryža. 6. Kompenzačný obvod pre zapnutie termoelektrického snímača

Pôsobením privedeného napätia U preteká meracím reostatom prúd, ktorý spôsobí pokles napätia U1 v úseku reostatu od jeho ľavého výstupu k motoru. V prípade rovnosti tohto napätia a EMF termočlánkov — nebude cez glukomer prúdiť.

Ak sa zmení hodnota snímača emf, je potrebné opäť dosiahnuť absenciu tohto prúdu pomocou posúvača posúvača. Tu, rovnako ako v rovnovážnom mostíkovom obvode, je hodnota meraného parametra, v našom prípade teploty (emf termočlánok) je určený mierkou posuvného drôtu a pohyb jeho motora sa vykonáva najčastejšie aj pomocou špeciálneho elektromotora.

Vysoká presnosť kompenzačného obvodu je spôsobená skutočnosťou, že počas merania sa elektrická energia generovaná snímačom nespotrebováva, pretože prúd v obvode jeho zaradenia je nulový. Tento obvod je možné použiť aj s parametrickými snímačmi, vtedy je však potrebný prídavný jednosmerný zdroj, ktorý sa používa v napájacom obvode parametrického snímača.