Шеме повезивања сензора

Дијаграми повезивања сензора, који се чешће називају мерна кола, су дизајнирани да конвертују излазну вредност сензора, а у већини случајева то је промена њиховог унутрашњег отпора, у погоднију вредност за његову каснију употребу. По правилу, ово је електрична струја или промена напона која се може или директно одредити помоћу електричног мерног уређаја или се, након појачања, навести на одговарајући актуатор или уређај за снимање.

У ове сврхе широко се користе следеће шеме пребацивања:

• доследан,

• тротоар,

• диференцијал,

• компензациони.

Секвенцијални дијаграм кола састоји се од извора једносмерне или наизменичне струје, самог Рк сензора, мерног уређаја или механизма директног погона и обично додатног отпора Рд који ограничава струју у овом колу (слика 1). Овакво склопно коло се најчешће користи само код контактних сензора за које је Рк = 0 или Рк = ?.

Пиринач. 1. Серијско коло за повезивање сензора

Јер при раду са другим сензорима у колу мерног уређаја увек тече електрична струја одређена изразом И = У /(Рк + Рд), а мала промена унутрашњег отпора сензора доводи до веома мале промене. у овој струји. Као резултат, користи се минимални део скале мерног уређаја, а тачност мерења је практично сведена на нулу. Због тога се за већину других сензора користе посебна мерна кола која значајно повећавају осетљивост и тачност мерења.

Најчешће коришћени мостно коло комутација, у којој се један, а понекад и више сензора на одређени начин повезује заједно са додатним отпорницима у четвороугао (тзв. Винстон Бридге), који има две дијагонале (сл. 2). Један од њих, назван а-б дијагонала снаге, дизајниран је за повезивање извора једносмерне или наизменичне струје, а други, ц-д мерна дијагонала, укључује мерни уређај.

Пиринач. 2. Мостно коло за повезивање сензора

Ако су производи вредности отпора супротних страна четвороугла (кракова моста) једнаки Рк к Р3 = Р1НС Р2, потенцијали тачака ц и д ће бити једнаки и у дијагонали мерења неће бити струје. Ово стање мосног кола се обично назива баланс моста, тј. коло моста је уравнотежено.

Ако се отпор Рк сензора промени услед спољашњег утицаја, онда ће равнотежа бити поремећена и струја пропорционална промени овог отпора ће тећи кроз мерни уређај. У овом случају, смер ове струје показује како се отпор сензора променио (повећао или смањио).Овде, уз одговарајући избор осетљивости мерног уређаја, све то радна скала.

Мостно коло које се разматра назива се неуравнотежен, пошто се процес мерења одвија на неравнотежа мост, тј. неравнотежа. Неуравнотежено мостно коло се најчешће користи у случајевима када се отпор сензора под утицајем спољашњих сила може веома брзо променити у јединици времена, али је тада уместо мерног уређаја целисходније користити уређај за снимање који ће ове промене .

Сматра се осетљивијим балансирано мостно коло, у коме је посебан мерни реостат Р (сл. 3), опремљен скалом и у мерној техници назван реохордом, додатно повезан са два суседна крака.

Пиринач. 3. Балансирано мостно коло

При раду са таквим колом, са сваком променом отпора сензора, коло моста мора бити ребалансирано укљученим клизачем, тј. док у мерној дијагонали нема струје. У овом случају, вредност измереног параметра (промена вредности отпора сензора) се одређује посебном скалом која је опремљена овим записом и калибрисана у јединицама вредности мерене сензором.

Већа тачност балансираног моста објашњава се чињеницом да је лакше утврдити недостатак струје у мерном уређају него директно мерити његову вредност, а балансирање моста у таквим случајевима се по правилу врши помоћу специјални електромотор којим се управља сигналом неуравнотежености кола моста.

Мостна кола за комутационе сензоре сматрају се универзалним, јер се могу напајати и једносмерном и наизменичном струјом, а што је најважније, на ова кола се може истовремено повезати неколико сензора, што доприноси повећању не само осетљивости, већ и тачност мерења.

Диференцијално коло укључивање сензора је изграђено помоћу специјалног трансформатора који се напаја мрежом наизменичне струје, чији је секундарни намотај подељен на два идентична дела. Тако се у овом колу (слика 4) формирају два суседна кола, од којих свако има своју струјну петљу И1 и И2. А вредност струје у мерном уређају одређена је разликом ових струја, а ако су отпори сензора Рк и додатног отпорника Рд једнаки, у мерном уређају неће бити струје.

Пиринач. 4. Преклопни круг диференцијалног сензора

Када се отпор сензора промени, струја пропорционална овој промени ће тећи кроз мерни уређај, а фаза ове струје зависиће од природе промене овог отпора (повећање или смањење). За напајање диференцијалног кола користи се само наизменична струја, па је због тога прикладније користити реактивне сензоре (индуктивне или капацитивне) као сензоре.

Посебно је погодно користити такво склопно коло када радите са диференцијалним индуктивним или капацитивним сензорима. При коришћењу оваквих сензора бележи се не само величина кретања, на пример, феромагнетног језгра (слика 5), већ и смер овог кретања (његов знак), услед чега фаза наизменичног струја која пролази кроз мерни уређај се мења.Ово додатно повећава осетљивост мерења.

Пиринач. 5. Шема повезивања индуктивног диференцијалног сензора

Треба напоменути да се ради повећања тачности мерења у неким случајевима користе и други типови сличних мерних кола, нпр. уравнотежена диференцијална кола… Таква кола укључују или поновљени акорд или посебан мерни аутотрансформатор са посебном скалом, а процес мерења са таквим колима је сличан мерењима са балансираним мосним колом.

Шема компензације укључивање сензора се сматра најтачнијим од свих оних о којима је горе било речи. Његов рад се заснива на компензацији излазног напона или ЕМФ. њему једнак сензор по паду напона у мерном реостату (реохорду). За напајање компензационог кола користи се само ДЦ извор и углавном се користи са сензорима ДЦ генератора.

Погледајмо рад овог кола на примеру коришћења термопара као сензора (слика 6).

Пиринач. 6. Компензациони круг за укључивање термоелектричног сензора

Под дејством примењеног напона У кроз мерни реостат протиче струја која изазива пад напона У1 у делу реостата од његовог левог излаза до мотора. У случају једнакости овог напона и ЕМФ термопарова — неће бити струје кроз глукометар.

Ако се вредност емф сензора промени, потребно је поново постићи одсуство ове струје помоћу клизача клизача. Овде, као иу равнотежном мостном колу, вредност измереног параметра, у нашем случају температура (емф термоелемент) одређује се размером клизне жице, а кретање њеног мотора се врши, најчешће, такође уз помоћ специјалног електромотора.

Висока тачност компензационог кола је због чињенице да се током мерења електрична енергија коју генерише сензор не троши, јер је струја у колу његовог укључивања нула. Ово коло се може користити и са параметарским сензорима, али је тада потребан додатни извор једносмерне струје, који се користи у колу напајања параметарског сензора.