Schémata zapojení snímačů

Schémata zapojení snímačů, běžněji tzv měřicích obvodů, jsou určeny k převodu výstupní hodnoty snímače, a ve většině případů se jedná o změnu jejich vnitřního odporu, na příhodnější hodnotu pro jeho následné použití. Zpravidla se jedná o elektrický proud nebo změnu napětí, kterou lze buď přímo zjistit pomocí elektrického měřicího zařízení, nebo po zesílení přivést na vhodný akční člen nebo záznamové zařízení.

Pro tyto účely se široce používají následující schémata přepínání:

• konzistentní,

• chodník,

• rozdíl,

• náhradní.

Sekvenční schéma zapojení sestává ze stejnosměrného nebo střídavého zdroje, samotného snímače Rx, měřicího zařízení nebo mechanismu přímého pohonu a obvykle přídavného odporu Rd, který omezuje proud v tomto obvodu (obr. 1). Takovýto spínací obvod je nejčastěji široce používán pouze u kontaktních snímačů, pro které Rx = 0 nebo Rx = ?.

Rýže. 1. Sériový obvod pro připojení snímačů

Protože při práci s jinými snímači v obvodu měřicího zařízení vždy protéká elektrický proud určený výrazem I = U /(Rx + Rd) a nepatrná změna vnitřního odporu snímače vede k velmi malé změně v tomto proudu. Díky tomu je využita minimální část stupnice měřicího zařízení a přesnost měření je prakticky snížena na nulu. Proto se pro většinu ostatních snímačů používají speciální měřicí obvody, které výrazně zvyšují citlivost a přesnost měření.

Nejčastěji používané můstkový obvod spínání, při kterém je jeden a někdy i několik senzorů zapojeno určitým způsobem spolu s přídavnými odpory do čtyřúhelníku (tzv. Winstonův most), který má dvě úhlopříčky (obr. 2). Jedna z nich, nazvaná a-b výkonová úhlopříčka, je určena pro připojení stejnosměrného nebo střídavého zdroje a druhá, c-d měřicí úhlopříčka, obsahuje měřící zařízení.

Rýže. 2. Můstkový obvod pro připojení snímačů

Pokud jsou součiny hodnot odporu protilehlých stran čtyřúhelníku (ramena můstku) stejné Rx x R3 = R1NS R2, budou potenciály bodů c a d stejné a v úhlopříčce měření nebude proud. Tento stav můstkového obvodu se běžně nazývá mostní rovnováhu, tj. můstkový obvod je vyvážený.

Pokud se vlivem vnějšího vlivu změní odpor snímače Rx, dojde k narušení rovnováhy a měřicím zařízením poteče proud úměrný změně tohoto odporu. V tomto případě směr tohoto proudu udává, jak se odpor snímače změnil (zvýšil nebo snížil).Zde při vhodné volbě citlivosti měřícího zařízení vše pracovní váha.

Uvažovaný můstkový obvod se nazývá nevyvážený, protože proces měření probíhá v nerovnováha most, tzn. nerovnováha. Nesymetrický můstkový obvod se nejčastěji používá v případech, kdy se odpor snímače vlivem vnějších sil může velmi rychle měnit za jednotku času, ale pak je účelnější místo měřicího zařízení použít záznamové zařízení, které tyto zaznamená změny .

Je považován za citlivější vyvážený můstkový obvod, ve kterém je ke dvěma sousedním ramenům navíc připojen speciální měřicí reostat R (obr. 3), opatřený stupnicí a nazývaný v měřicí technice reochord.

Rýže. 3. Vyvážený můstkový obvod

Při práci s takovým obvodem je nutné při každé změně odporu snímače znovu vyvážit obvod můstku přiloženým jezdcem, tzn. zatímco v měřicí diagonále není žádný proud. V tomto případě se hodnota měřeného parametru (změna hodnoty odporu snímače) zjišťuje speciální stupnicí, která je tímto záznamem vybavena a je kalibrována v jednotkách hodnoty naměřené snímačem.

Vyšší přesnost vyváženého můstku je vysvětlena skutečností, že je snazší určit nedostatek proudu v měřicím zařízení než přímo měřit jeho hodnotu a vyvážení můstku se v takových případech zpravidla provádí pomocí speciální elektromotor řízený signálem nesymetrie můstkového obvodu.

Můstkové obvody pro spínání snímačů jsou považovány za univerzální, protože mohou být napájeny stejnosměrným i střídavým proudem a hlavně lze k těmto obvodům připojit několik snímačů současně, což přispívá ke zvýšení nejen citlivosti, ale také přesnost měření.

Diferenciální obvod zahrnutí snímačů je postaveno pomocí speciálního transformátoru napájeného střídavou sítí, jehož sekundární vinutí je rozděleno na dvě stejné části. V tomto obvodu (obr. 4) jsou tedy vytvořeny dva sousední obvody, z nichž každý má svou vlastní proudovou smyčku I1 a I2. A hodnota proudu v měřicím zařízení je určena rozdílem těchto proudů a pokud jsou odpory snímače Rx a přídavného rezistoru Rd stejné, nebude v měřicím zařízení proud.

Rýže. 4. Spínací obvod diferenciálního snímače

Při změně odporu snímače poteče měřicím zařízením proud úměrný této změně a fáze tohoto proudu bude záviset na charakteru změny tohoto odporu (zvýšení nebo snížení). K napájení diferenciálního obvodu se používá pouze střídavý proud, a proto je vhodnější jako snímače použít reaktivní snímače (indukční nebo kapacitní).

Obzvláště vhodné je použití takového spínacího obvodu při práci s diferenciálními indukčními nebo kapacitními snímači. Při použití takových snímačů se zaznamenává nejen velikost pohybu např. feromagnetického jádra (obr. 5), ale i směr tohoto pohybu (jeho znaménko), v důsledku čehož se fáze střídavého proud procházející měřicím zařízením se mění.To dále zvyšuje citlivost měření.

Rýže. 5. Schéma zapojení indukčního diferenciálního snímače

Je třeba poznamenat, že pro zvýšení přesnosti měření se v některých případech používají jiné typy podobných měřicích obvodů, např. vyvážené diferenciální obvody… Mezi takové obvody patří buď opakovací tětiva, nebo speciální měřicí autotransformátor se speciální stupnicí a proces měření s těmito obvody je podobný měření s vyváženým můstkovým obvodem.

Kompenzační schéma zahrnutí senzorů je považováno za nejpřesnější ze všech výše diskutovaných. Jeho činnost je založena na kompenzaci výstupního napětí neboli EMF. snímač, který se mu rovná úbytku napětí v měřicím reostatu (reochordu). K napájení kompenzačního obvodu se používá pouze stejnosměrný zdroj a používá se hlavně u snímačů stejnosměrného generátoru.

Podívejme se na činnost tohoto obvodu na příkladu použití termočlánku jako snímače (obr. 6).

Rýže. 6. Kompenzační obvod pro zapnutí termoelektrického čidla

Působením přiloženého napětí U protéká měřicím reostatem proud, který způsobí pokles napětí U1 v úseku reostatu od jeho levého výstupu k motoru. V případě rovnosti tohoto napětí a EMF termočlánků — neprotéká glukometrem žádný proud.

Pokud se změní hodnota emf snímače, je nutné opět dosáhnout nepřítomnosti tohoto proudu pomocí jezdce jezdce. Zde, stejně jako v obvodu rovnovážného můstku, hodnota měřeného parametru, v našem případě teplota (emf termočlánek) je určeno měřítkem posuvného drátu a pohyb jeho motoru se provádí nejčastěji také pomocí speciálního elektromotoru.

Vysoká přesnost kompenzačního obvodu je způsobena skutečností, že během měření se elektrická energie generovaná snímačem nespotřebovává, protože proud v obvodu jeho zahrnutí je nulový. Tento obvod lze použít i s parametrickými snímači, ale pak je potřeba přídavný stejnosměrný zdroj, který se používá v napájecím obvodu parametrického snímače.