Schematy podłączenia czujnika

Schematy połączeń czujników, częściej tzw obwody pomiarowe, mają na celu przekształcenie wartości wyjściowej czujnika, a w większości przypadków jest to zmiana ich rezystancji wewnętrznej, na wartość wygodniejszą do późniejszego wykorzystania. Z reguły jest to prąd elektryczny lub zmiana napięcia, które można określić bezpośrednio za pomocą elektrycznego urządzenia pomiarowego lub, po wzmocnieniu, podać do odpowiedniego siłownika lub urządzenia rejestrującego.

W tym celu szeroko stosowane są następujące schematy przełączania:

• spójny,

• chodnik,

• mechanizm różnicowy,

• wyrównawczy.

Schemat obwodu sekwencyjnego składa się ze źródła prądu stałego lub przemiennego, samego czujnika Rx, przyrządu pomiarowego lub mechanizmu napędu bezpośredniego oraz zazwyczaj dodatkowej rezystancji Rd ograniczającej prąd w tym obwodzie (rys. 1). Taki obwód przełączający jest najczęściej szeroko stosowany tylko z czujnikami kontaktowymi, dla których Rx = 0 lub Rx = ?.

Ryż. 1. Szeregowy obwód do podłączenia czujników

Ponieważ podczas pracy z innymi czujnikami w obwodzie urządzenia pomiarowego zawsze płynie prąd elektryczny określony wyrażeniem I = U /(Rx + Rd), a niewielka zmiana rezystancji wewnętrznej czujnika prowadzi do bardzo małej zmiany w tym prądzie. W rezultacie wykorzystywany jest minimalny odcinek skali urządzenia pomiarowego, a dokładność pomiaru jest praktycznie zredukowana do zera. Dlatego do większości innych czujników stosuje się specjalne obwody pomiarowe, które znacznie zwiększają czułość i dokładność pomiaru.

Najczęściej używane obwód mostka przełączania, w którym jeden, a czasem kilka czujników jest połączonych w określony sposób razem z dodatkowymi rezystorami w czworokącie (tzw. Most Winstona), który ma dwie przekątne (ryc. 2). Jeden z nich, zwany diagonalnym a-b, przeznaczony jest do podłączenia źródła prądu stałego lub przemiennego, a drugi, diagonalny pomiarowy c-d, zawiera przyrząd pomiarowy.

Ryż. 2. Obwód mostka do podłączenia czujników

Jeżeli iloczyny wartości rezystancji przeciwległych boków czworokąta (ramion mostka) będą równe Rx x R3 = R1NS R2 to potencjały punktów c i d będą sobie równe i nie będzie prądu w przekątnej pomiarowej. Ten stan obwodu mostkowego jest powszechnie nazywany balans mostka, tj. obwód mostka jest zrównoważony.

Jeżeli rezystancja czujnika Rx zmieni się pod wpływem czynników zewnętrznych, wówczas równowaga zostanie zakłócona i przez przyrząd pomiarowy popłynie prąd proporcjonalny do zmiany tej rezystancji. W tym przypadku kierunek tego prądu wskazuje, jak zmieniła się rezystancja czujnika (zwiększyła się lub zmniejszyła).Tutaj przy odpowiednim doborze czułości urządzenia pomiarowego to wszystko skala robocza.

Rozważany obwód mostka nazywa się niezrównoważony, ponieważ proces pomiaru odbywa się o godz brak równowagi most, tj. brak równowagi. Niesymetryczny obwód mostkowy jest najczęściej stosowany w przypadkach, gdy rezystancja czujnika pod wpływem sił zewnętrznych może zmieniać się bardzo szybko w jednostce czasu, ale wtedy zamiast urządzenia pomiarowego bardziej celowe jest zastosowanie urządzenia rejestrującego, które rejestruje te zmiany .

Jest uważany za bardziej wrażliwy zrównoważony obwód mostka, w którym specjalny reostat pomiarowy R (ryc. 3), wyposażony w podziałkę, zwany w technice pomiarowej rechordem, jest dodatkowo połączony z dwoma sąsiednimi ramionami.

Ryż. 3. Zrównoważony obwód mostka

Podczas pracy z takim układem, przy każdej zmianie rezystancji czujnika, obwód mostka należy zbalansować dołączonym suwakiem, tj. podczas gdy w przekątnej pomiarowej nie płynie prąd. W tym przypadku wartość mierzonego parametru (zmiana wartości rezystancji czujnika) jest określana przez specjalną skalę wyposażoną w ten zapis i wyskalowaną w jednostkach wartości mierzonej przez czujnik.

Wyższą dokładność zbalansowanego mostka tłumaczy się tym, że łatwiej jest określić brak prądu w przyrządzie pomiarowym niż bezpośrednio zmierzyć jego wartość, a równoważenie mostka w takich przypadkach z reguły przeprowadza się za pomocą specjalny silnik elektryczny sterowany sygnałem asymetrii obwodu mostkowego.

Obwody mostkowe do przełączania czujników są uważane za uniwersalne, ponieważ mogą być zasilane zarówno prądem stałym, jak i przemiennym, a co najważniejsze, do tych obwodów można podłączyć jednocześnie kilka czujników, co przyczynia się nie tylko do zwiększenia czułości, ale także dokładność pomiaru.

Obwód różnicowy włączenie czujników jest zbudowane za pomocą specjalnego transformatora zasilanego z sieci prądu przemiennego, którego uzwojenie wtórne jest podzielone na dwie identyczne części. Tak więc w tym obwodzie (ryc. 4) powstają dwa sąsiednie obwody, z których każdy ma własną pętlę prądową I1 i I2. A wartość prądu w urządzeniu pomiarowym jest określona przez różnicę tych prądów, a jeśli rezystancje czujnika Rx i dodatkowego rezystora Rd są równe, w urządzeniu pomiarowym nie będzie prądu.

Ryż. 4. Obwód przełączający czujnika różnicowego

Gdy zmieni się rezystancja czujnika, przez przyrząd pomiarowy popłynie prąd proporcjonalny do tej zmiany, a faza tego prądu będzie zależała od charakteru zmiany tej rezystancji (wzrost lub spadek). Do zasilania obwodu różnicowego wykorzystywany jest tylko prąd przemienny, dlatego bardziej odpowiednie jest stosowanie czujników reaktywnych (indukcyjnych lub pojemnościowych) jako czujników.

Szczególnie wygodne jest użycie takiego obwodu przełączającego podczas pracy z różnicowymi czujnikami indukcyjnymi lub pojemnościowymi. Podczas korzystania z takich czujników rejestrowana jest nie tylko wielkość ruchu, na przykład rdzenia ferromagnetycznego (ryc. 5), ale także kierunek tego ruchu (jego znak), w wyniku czego faza przemiennego prąd przepływający przez urządzenie pomiarowe zmienia się.Zwiększa to dodatkowo czułość pomiaru.

Ryż. 5. Schemat podłączenia indukcyjnego czujnika różnicowego

Należy zauważyć, że w celu zwiększenia dokładności pomiaru w niektórych przypadkach stosuje się inne rodzaje podobnych obwodów pomiarowych, np. zrównoważone obwody różnicowe… Obwody takie zawierają albo powtarzalny akord, albo specjalny autotransformator pomiarowy ze specjalną skalą, a proces pomiaru z takimi obwodami jest podobny do pomiarów z symetrycznym obwodem mostkowym.

System rekompensat włączenie czujników jest uważane za najdokładniejsze ze wszystkich omówionych powyżej. Jego działanie opiera się na kompensacji napięcia wyjściowego lub EMF. czujnik dorównujący mu pod względem spadku napięcia w oporniku pomiarowym (reachordzie). Tylko źródło prądu stałego jest wykorzystywane do zasilania obwodu kompensacyjnego i jest używane głównie z czujnikami generatora prądu stałego.

Przyjrzyjmy się działaniu tego obwodu na przykładzie zastosowania termopary jako czujnika (rys. 6).

Ryż. 6. Obwód kompensacyjny załączenia czujnika termoelektrycznego

Pod działaniem przyłożonego napięcia U przez opornik pomiarowy przepływa prąd, który powoduje spadek napięcia U1 na odcinku opornika od jego lewego wyjścia do silnika. W przypadku równości tego napięcia i termopar EMF — nie będzie prądu przez glukometr.

Jeśli wartość czujnika emf zmieni się, konieczne jest ponowne uzyskanie braku tego prądu za pomocą suwaka suwaka. Tutaj, podobnie jak w obwodzie mostka równowagi, wartość mierzonego parametru, w naszym przypadku temperatury (termopara emf) określa skala drutu ślizgowego, a ruch jego silnika odbywa się najczęściej również za pomocą specjalnego silnika elektrycznego.

Wysoka dokładność obwodu kompensacyjnego wynika z faktu, że podczas pomiaru energia elektryczna generowana przez czujnik nie jest zużywana, ponieważ prąd w obwodzie jego włączenia wynosi zero. Układ ten można również zastosować z czujnikami parametrycznymi, ale wtedy potrzebne jest dodatkowe źródło prądu stałego, które jest wykorzystywane w obwodzie zasilania czujnika parametrycznego.