Sensor aansluitschema's

Aansluitschema's van sensoren, beter bekend als circuits meten, zijn ontworpen om de uitgangswaarde van de sensor, en in de meeste gevallen is dit een verandering in hun interne weerstand, om te zetten in een geschiktere waarde voor later gebruik. In de regel is dit een elektrische stroom of spanningsverandering die hetzij direct met een elektrisch meetapparaat kan worden bepaald, hetzij na versterking aan een geschikte actuator of opnameapparaat kan worden toegevoerd.

Voor deze doeleinden worden de volgende schakelschema's veel gebruikt:

• consistent,

• stoep,

• differentieel,

• compenserend.

Sequentieel schakelschema bestaat uit een DC- of AC-bron, de Rx-sensor zelf, een meetapparaat of direct drive-mechanisme en meestal een extra weerstand Rd die de stroom in dit circuit begrenst (fig. 1). Een dergelijk schakelcircuit wordt meestal alleen gebruikt bij contactsensoren waarvoor Rx = 0 of Rx =?.

Rijst. 1. Seriële schakeling voor het aansluiten van sensoren

Omdat bij het werken met andere sensoren in het circuit van het meetapparaat altijd een elektrische stroom vloeit die wordt bepaald door de uitdrukking I = U /(Rx + Rd), en een kleine verandering in de interne weerstand van de sensor leidt tot een zeer kleine verandering in deze stroming. Als gevolg hiervan wordt het minimale deel van de schaal van het meetapparaat gebruikt en wordt de nauwkeurigheid van de meting praktisch teruggebracht tot nul. Daarom worden voor de meeste andere sensoren speciale meetcircuits gebruikt, die de gevoeligheid en nauwkeurigheid van de meting aanzienlijk verhogen.

Meest gebruikt brug circuit schakelen, waarbij één en soms meerdere sensoren op een bepaalde manier met extra weerstanden in een vierhoek zijn geschakeld (de zgn. Winston-brug), die twee diagonalen heeft (afb. 2). Een daarvan, a-b-vermogensdiagonaal genaamd, is ontworpen om een ​​DC- of AC-bron aan te sluiten, en de andere, c-d-meetdiagonaal, bevat een meetapparaat.

Rijst. 2. Brugschakeling voor het aansluiten van sensoren

Als de producten van de weerstandswaarden van de tegenoverliggende zijden van de vierhoek (brugarmen) gelijk zijn Rx x R3 = R1NS R2, zullen de potentialen van de punten c en d gelijk zijn en zal er geen stroom zijn in de meetdiagonaal. Deze toestand van het brugcircuit wordt gewoonlijk genoemd brug balans, d.w.z. het brugcircuit is gebalanceerd.

Verandert de weerstand van de Rx-sensor door invloeden van buitenaf, dan wordt de balans verstoord en gaat er een stroom evenredig met de verandering in deze weerstand door het meetapparaat lopen. In dit geval geeft de richting van deze stroom aan hoe de weerstand van de sensor is veranderd (verhoogd of verlaagd).Hier, met een passende keuze van de gevoeligheid van het meetapparaat, alles werkende schaal.

Het beschouwde brugcircuit wordt genoemd onevenwichtig, aangezien het meetproces plaatsvindt op onbalans brug, d.w.z. onbalans. Een ongebalanceerde brugschakeling wordt meestal gebruikt in gevallen waarin de weerstand van de sensor onder invloed van externe krachten zeer snel per tijdseenheid kan veranderen, maar dan is het in plaats van een meetapparaat handiger om een ​​opnameapparaat te gebruiken dat deze registreert. veranderingen.

Het wordt als gevoeliger beschouwd gebalanceerd brugcircuit, waarin een speciale meetweerstand R (fig. 3), uitgerust met een schaal en in de meettechniek een reochord genoemd, bovendien is verbonden met twee aangrenzende armen.

Rijst. 3. Gebalanceerd brugcircuit

Bij het werken met een dergelijk circuit moet bij elke verandering in de weerstand van de sensor het brugcircuit opnieuw worden gebalanceerd met de meegeleverde schuifregelaar, d.w.z. terwijl er geen stroom in de meetdiagonaal staat. In dit geval wordt de waarde van de gemeten parameter (verandering in de weerstandswaarde van de sensor) bepaald door een speciale schaal die is uitgerust met dit record en gekalibreerd in eenheden van de waarde gemeten door de sensor.

De hogere nauwkeurigheid van de gebalanceerde brug wordt verklaard door het feit dat het gemakkelijker is om het gebrek aan stroom in het meetapparaat te bepalen dan om de waarde direct te meten, en het balanceren van de brug wordt in dergelijke gevallen in de regel uitgevoerd met behulp van een speciale elektromotor die wordt aangestuurd door het onbalanssignaal van het brugcircuit.

Brugcircuits voor het schakelen van sensoren worden als universeel beschouwd, omdat ze kunnen worden gevoed door zowel gelijkstroom als wisselstroom, en het belangrijkste is dat er meerdere sensoren tegelijkertijd op deze circuits kunnen worden aangesloten, wat niet alleen bijdraagt ​​aan het vergroten van de gevoeligheid, maar ook aan de meetnauwkeurigheid.

Differentieel circuit de opname van sensoren wordt gebouwd met behulp van een speciale transformator die wordt aangedreven door een wisselstroomnetwerk, waarvan de secundaire wikkeling is verdeeld in twee identieke delen. In dit circuit (Fig. 4) worden dus twee aangrenzende circuits gevormd, die elk hun eigen stroomlus I1 en I2 hebben. En de waarde van de stroom in het meetapparaat wordt bepaald door het verschil van deze stromen, en als de weerstanden van de sensor Rx en de extra weerstand Rd gelijk zijn, zal er geen stroom in het meetapparaat zijn.

Rijst. 4. Differentieel sensor schakelcircuit

Wanneer de weerstand van de sensor verandert, zal er een stroom evenredig met deze verandering door het meetapparaat vloeien, en de fase van deze stroom zal afhangen van de aard van de verandering in deze weerstand (toename of afname). Alleen wisselstroom wordt gebruikt om het differentieelcircuit van stroom te voorzien, en daarom is het geschikter om reactieve sensoren (inductief of capacitief) als sensoren te gebruiken.

Het is vooral handig om zo'n schakelcircuit te gebruiken bij het werken met differentiële inductieve of capacitieve sensoren. Bij gebruik van dergelijke sensoren wordt niet alleen de grootte van de beweging van bijvoorbeeld de ferromagnetische kern (fig. 5), maar ook de richting van deze beweging (het teken) geregistreerd, waardoor de fase van de alternerende stroom die door het meetapparaat gaat, verandert.Dit verhoogt de gevoeligheid van de meting verder.

Rijst. 5. Aansluitschema van een inductieve verschilsensor

Opgemerkt moet worden dat om de nauwkeurigheid van de meting te vergroten, in sommige gevallen andere soorten soortgelijke meetcircuits worden gebruikt, bijvoorbeeld gebalanceerde differentiële circuits… Dergelijke circuits bevatten ofwel een herhaald akkoord of een speciale autotransformator met een speciale schaal, en het meetproces met dergelijke circuits is vergelijkbaar met metingen met een gebalanceerd brugcircuit.

Compensatie regeling de opname van sensoren wordt beschouwd als de meest nauwkeurige van alle hierboven besproken. De werking is gebaseerd op uitgangsspanningscompensatie of EMF. een sensor die er qua spanningsval in de meetweerstand (rheochord) gelijk aan is. Alleen een DC-bron wordt gebruikt om het compensatiecircuit van stroom te voorzien en wordt voornamelijk gebruikt met DC-generatorsensoren.

Laten we eens kijken naar de werking van dit circuit aan de hand van het voorbeeld van het gebruik van een thermokoppel als sensor (Fig. 6).

Rijst. 6. Compensatiecircuit voor het inschakelen van de thermo-elektrische sensor

Onder invloed van de aangelegde spanning U vloeit er een stroom door de meetweerstand, die een daling van de spanning U1 veroorzaakt in het gedeelte van de weerstand vanaf de linkeruitgang naar de motor. In het geval van gelijkheid van deze spanning en EMF-thermokoppels - zal er geen stroom door de glucometer lopen.

Als de waarde van de emf-sensor verandert, is het nodig om de afwezigheid van deze stroom opnieuw te bereiken met behulp van de schuifregelaar van de schuifregelaar. Hier, zoals in het evenwichtsbrugcircuit, de waarde van de gemeten parameter, in ons geval de temperatuur (emf thermokoppel) wordt bepaald door de schaal van de glijdende draad en de beweging van de motor wordt meestal ook uitgevoerd met behulp van een speciale elektromotor.

De hoge nauwkeurigheid van het compensatiecircuit is te danken aan het feit dat tijdens de meting de door de sensor gegenereerde elektrische energie niet wordt verbruikt, aangezien de stroom in het circuit van opname nul is. Deze schakeling kan ook gebruikt worden met parametrische sensoren, maar dan is er een extra DC-bron nodig, die wordt gebruikt in het voedingscircuit van de parametrische sensor.