Schemi di collegamento del sensore

Schemi di collegamento dei sensori, più comunemente chiamati circuiti di misura, sono progettati per convertire il valore di uscita del sensore, e nella maggior parte dei casi si tratta di una variazione della loro resistenza interna, in un valore più conveniente per il suo successivo utilizzo. Di norma, si tratta di una corrente elettrica o di una variazione di tensione che può essere determinata direttamente mediante un dispositivo di misurazione elettrico o, dopo essere stata amplificata, inviata a un attuatore o dispositivo di registrazione adatto.

A tal fine, sono ampiamente utilizzati i seguenti schemi di commutazione:

• coerente,

• marciapiede,

• differenziale,

• compensativo.

Schema elettrico sequenziale consiste in una sorgente CC o CA, il sensore Rx stesso, un dispositivo di misurazione o un meccanismo di azionamento diretto e solitamente una resistenza aggiuntiva Rd che limita la corrente in questo circuito (Fig. 1). Tale circuito di commutazione è spesso ampiamente utilizzato solo con sensori di contatto per i quali Rx = 0 o Rx = ?.

Riso. 1. Circuito seriale per il collegamento dei sensori

Perché quando si lavora con altri sensori nel circuito del dispositivo di misurazione, scorre sempre una corrente elettrica determinata dall'espressione I = U /(Rx + Rd) e un leggero cambiamento nella resistenza interna del sensore porta a un cambiamento molto piccolo in questa corrente. Di conseguenza, viene utilizzata la sezione minima della scala del dispositivo di misurazione e l'accuratezza della misurazione è praticamente ridotta a zero. Pertanto, per la maggior parte degli altri sensori vengono utilizzati circuiti di misurazione speciali che aumentano notevolmente la sensibilità e l'accuratezza della misurazione.

Più comunemente usato circuito a ponte commutazione, in cui uno e talvolta più sensori sono collegati in un certo modo insieme a resistori aggiuntivi in ​​\u200b\u200bun quadrilatero (il cosiddetto Winston Bridge), che ha due diagonali (Fig. 2). Uno di questi, chiamato diagonale di potenza a-b, è progettato per collegare una sorgente CC o CA e l'altro, diagonale di misurazione c-d, include un dispositivo di misurazione.

Riso. 2. Circuito a ponte per il collegamento dei sensori

Se i prodotti dei valori di resistenza dei lati opposti del quadrilatero (bracci del ponte) sono uguali Rx x R3 = R1NS R2 i potenziali dei punti c e d saranno uguali e non ci sarà corrente nella diagonale di misura. Questo stato del circuito a ponte è comunemente chiamato equilibrio del ponte, cioè. il circuito a ponte è bilanciato.

Se la resistenza del sensore Rx cambia a causa di influenze esterne, l'equilibrio verrà disturbato e una corrente proporzionale alla variazione di questa resistenza fluirà attraverso il dispositivo di misurazione. In questo caso, la direzione di questa corrente indica come è cambiata la resistenza del sensore (aumentata o diminuita).Qui, con un'opportuna scelta della sensibilità del misuratore, tutto scala di lavoro.

Viene chiamato il circuito a ponte in esame sbilanciato, poiché il processo di misurazione avviene a squilibrio ponte, cioè squilibrio. Un circuito a ponte sbilanciato viene spesso utilizzato nei casi in cui la resistenza del sensore sotto l'influenza di forze esterne può cambiare molto rapidamente per unità di tempo, ma invece di un dispositivo di misurazione è più opportuno utilizzare un dispositivo di registrazione che registrerà questi cambiamenti.

È considerato più sensibile circuito a ponte bilanciato, in cui uno speciale reostato di misura R (Fig. 3), dotato di una scala e chiamato reochord nella tecnica di misurazione, è inoltre collegato a due bracci adiacenti.

Riso. 3. Circuito a ponte bilanciato

Quando si lavora con un tale circuito, ad ogni variazione della resistenza del sensore, il circuito del ponte deve essere ribilanciato con lo slider incluso, ad es. mentre non c'è corrente nella diagonale di misura. In questo caso, il valore del parametro misurato (variazione del valore di resistenza del sensore) è determinato da un'apposita scala dotata di questo record e calibrata in unità del valore misurato dal sensore.

La maggiore precisione del ponte bilanciato è spiegata dal fatto che è più facile determinare la mancanza di corrente nel dispositivo di misurazione piuttosto che misurarne direttamente il valore, e il bilanciamento del ponte in tali casi, di norma, viene eseguito utilizzando un speciale motore elettrico comandato dal segnale di squilibrio del circuito a ponte.

I circuiti a ponte per la commutazione dei sensori sono considerati universali, poiché possono essere alimentati sia da corrente continua che alternata e, soprattutto, è possibile collegare più sensori contemporaneamente a questi circuiti, il che contribuisce ad aumentare non solo la sensibilità, ma anche la Accuratezza di misurazione.

Circuito differenziale l'inclusione dei sensori è realizzata utilizzando uno speciale trasformatore alimentato da una rete a corrente alternata, il cui avvolgimento secondario è diviso in due parti identiche. Pertanto, in questo circuito (Fig. 4) si formano due circuiti adiacenti, ciascuno dei quali ha il proprio loop di corrente I1 e I2. E il valore della corrente nel dispositivo di misurazione è determinato dalla differenza di queste correnti, e se le resistenze del sensore Rx e del resistore aggiuntivo Rd sono uguali, non ci sarà corrente nel dispositivo di misurazione.

Riso. 4. Circuito di commutazione del sensore differenziale

Quando la resistenza del sensore cambia, una corrente proporzionale a questa variazione fluirà attraverso il dispositivo di misurazione e la fase di questa corrente dipenderà dalla natura della variazione di questa resistenza (aumento o diminuzione). Viene utilizzata solo corrente alternata per alimentare il circuito differenziale, quindi è più opportuno utilizzare sensori reattivi (induttivi o capacitivi) come sensori.

È particolarmente conveniente utilizzare un tale circuito di commutazione quando si lavora con sensori differenziali induttivi o capacitivi. Quando si utilizzano tali sensori, viene registrata non solo l'entità del movimento, ad esempio, del nucleo ferromagnetico (Fig. 5), ma anche la direzione di questo movimento (il suo segno), a seguito della quale la fase dell'alternanza corrente che passa attraverso il dispositivo di misurazione, cambia.Ciò aumenta ulteriormente la sensibilità della misurazione.

Riso. 5. Schema di collegamento di un sensore differenziale induttivo

Va notato che per aumentare la precisione della misurazione, in alcuni casi vengono utilizzati altri tipi di circuiti di misurazione simili, ad esempio, circuiti differenziali bilanciati… Tali circuiti includono un accordo ripetuto o uno speciale autotrasformatore di misurazione con una scala speciale, e il processo di misurazione con tali circuiti è simile alle misurazioni con un circuito a ponte bilanciato.

Schema di compensazione l'inclusione dei sensori è considerata la più accurata di tutte quelle discusse sopra. Il suo funzionamento si basa sulla compensazione della tensione di uscita o EMF. un sensore uguale ad esso in termini di caduta di tensione nel reostato di misurazione (reocorda). Viene utilizzata solo una sorgente CC per alimentare il circuito di compensazione e viene utilizzata principalmente con i sensori del generatore CC.

Diamo un'occhiata al funzionamento di questo circuito usando l'esempio dell'utilizzo di una termocoppia come sensore (Fig. 6).

Riso. 6. Circuito di compensazione per l'accensione del sensore termoelettrico

Sotto l'azione della tensione applicata U, una corrente scorre attraverso il reostato di misura, che provoca una caduta della tensione U1 nella sezione del reostato dalla sua uscita sinistra al motore. In caso di uguaglianza di questa tensione e delle termocoppie EMF, non ci sarà corrente attraverso il glucometro.

Se il valore del sensore fem cambia, è necessario ottenere nuovamente l'assenza di questa corrente utilizzando il cursore del cursore. Qui, come nel circuito a ponte di equilibrio, il valore del parametro misurato, nel nostro caso la temperatura (termocoppia fem) è determinato dalla scala del filo scorrevole e il movimento del suo motore viene eseguito, molto spesso, anche con l'ausilio di uno speciale motore elettrico.

L'elevata precisione del circuito di compensazione è dovuta al fatto che durante la misurazione l'energia elettrica generata dal sensore non viene consumata, poiché la corrente nel circuito della sua inclusione è zero. Questo circuito può essere utilizzato anche con sensori parametrici, ma è necessaria un'ulteriore sorgente CC, che viene utilizzata nel circuito di alimentazione del sensore parametrico.