Sensoranschlusspläne

Anschlussdiagramme von Sensoren, häufiger genannt Messkreise, dienen dazu, den Ausgangswert des Sensors, und in den meisten Fällen handelt es sich dabei um eine Änderung ihres Innenwiderstands, in einen für die spätere Verwendung günstigeren Wert umzuwandeln. Dabei handelt es sich in der Regel um einen elektrischen Strom oder eine Spannungsänderung, die entweder direkt mit einem elektrischen Messgerät ermittelt oder nach Verstärkung einem geeigneten Aktor oder Registriergerät zugeführt werden kann.

Für diese Zwecke werden häufig die folgenden Schaltschemata verwendet:

• konsistent,

• Gehweg,

• Differential,

• kompensatorisch.

Sequentielles Schaltbild besteht aus einer Gleich- oder Wechselstromquelle, dem Rx-Sensor selbst, einem Messgerät oder Direktantriebsmechanismus und normalerweise einem zusätzlichen Widerstand Rd, der den Strom in diesem Stromkreis begrenzt (Abb. 1). Ein solcher Schaltkreis wird am häufigsten nur bei Kontaktsensoren verwendet, für die Rx = 0 oder Rx = ?.

Reis. 1. Reihenschaltung zum Anschluss von Sensoren

Denn beim Arbeiten mit anderen Sensoren im Stromkreis des Messgeräts fließt immer ein elektrischer Strom, der durch den Ausdruck I = U /(Rx + Rd) bestimmt wird, und eine geringfügige Änderung des Innenwiderstands des Sensors führt zu einer sehr kleinen Änderung in dieser Strömung. Dadurch wird der minimale Skalenbereich des Messgerätes ausgenutzt und die Genauigkeit der Messung geht praktisch auf Null zurück. Daher werden für die meisten anderen Sensoren spezielle Messschaltungen verwendet, die die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messung deutlich erhöhen.

Meist genutzt Brückenschaltung Schalten, bei dem ein und manchmal auch mehrere Sensoren zusammen mit zusätzlichen Widerständen in einem Viereck auf bestimmte Weise verbunden werden (das sogenannte Winston-Brücke), die zwei Diagonalen hat (Abb. 2). Eine davon, a-b-Leistungsdiagonale genannt, dient zum Anschluss einer Gleich- oder Wechselstromquelle, die andere, c-d-Messdiagonale, enthält ein Messgerät.

Reis. 2. Brückenschaltung zum Anschluss von Sensoren

Wenn die Produkte der Widerstandswerte der gegenüberliegenden Seiten des Vierecks (Brückenarme) gleich sind Rx x R3 = R1NS R2 die Potentiale der Punkte c und d sind gleich und es fließt kein Strom in der Messdiagonale. Dieser Zustand wird üblicherweise als Brückenschaltung bezeichnet Brückenwaage, d.h. die Brückenschaltung ist symmetrisch.

Ändert sich der Widerstand des Rx-Sensors durch äußere Einflüsse, wird das Gleichgewicht gestört und ein Strom fließt proportional zur Änderung dieses Widerstands durch das Messgerät. In diesem Fall gibt die Richtung dieses Stroms an, wie sich der Widerstand des Sensors verändert (erhöht oder verringert) hat.Hier ist bei entsprechender Wahl der Empfindlichkeit des Messgerätes alles dabei Arbeitsskala.

Die betrachtete Brückenschaltung heißt unausgeglichen, da der Messvorgang stattfindet Ungleichgewicht Brücke, d.h. Ungleichgewicht. Eine unsymmetrische Brückenschaltung wird am häufigsten dann verwendet, wenn sich der Widerstand des Sensors unter dem Einfluss äußerer Kräfte pro Zeiteinheit sehr schnell ändern kann, es dann jedoch sinnvoller ist, anstelle eines Messgeräts ein Aufzeichnungsgerät zu verwenden, das diese aufzeichnet Änderungen.

Es gilt als empfindlicher symmetrische Brückenschaltung, bei dem zusätzlich mit zwei benachbarten Armen ein spezieller Messrheostat R (Abb. 3) verbunden ist, der mit einer Skala ausgestattet ist und in der Messtechnik Rheochord genannt wird.

Reis. 3. Symmetrische Brückenschaltung

Beim Arbeiten mit einer solchen Schaltung muss bei jeder Widerstandsänderung des Sensors die Brückenschaltung mit dem mitgelieferten Schieber neu abgeglichen werden, d.h. während in der Messdiagonale kein Strom fließt. In diesem Fall wird der Wert des gemessenen Parameters (Änderung des Widerstandswerts des Sensors) durch eine spezielle Skala bestimmt, die mit dieser Aufzeichnung ausgestattet und in Einheiten des vom Sensor gemessenen Werts kalibriert ist.

Die höhere Genauigkeit der symmetrischen Brücke erklärt sich aus der Tatsache, dass es einfacher ist, den Mangel an Strom im Messgerät zu bestimmen, als seinen Wert direkt zu messen, und der Ausgleich der Brücke in solchen Fällen in der Regel mit a durchgeführt wird spezieller Elektromotor, der durch das Unwuchtsignal der Brückenschaltung gesteuert wird.

Brückenschaltungen zum Schalten von Sensoren gelten als universell, da sie sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden können und vor allem mehrere Sensoren gleichzeitig an diese Schaltungen angeschlossen werden können, was nicht nur zur Erhöhung der Empfindlichkeit, sondern auch der Empfindlichkeit beiträgt Meßgenauigkeit.

Differentialschaltung Der Einbau der Sensoren erfolgt über einen speziellen Transformator, der von einem Wechselstromnetz gespeist wird und dessen Sekundärwicklung in zwei identische Teile unterteilt ist. Somit werden in diesem Stromkreis (Abb. 4) zwei benachbarte Stromkreise gebildet, von denen jeder über eine eigene Stromschleife I1 und I2 verfügt. Und der Wert des Stroms im Messgerät wird durch die Differenz dieser Ströme bestimmt, und wenn die Widerstände des Sensors Rx und des zusätzlichen Widerstands Rd gleich sind, fließt kein Strom im Messgerät.

Reis. 4. Schaltkreis des Differenzsensors

Wenn sich der Widerstand des Sensors ändert, fließt ein Strom proportional zu dieser Änderung durch das Messgerät, und die Phase dieses Stroms hängt von der Art der Änderung dieses Widerstands (Zunahme oder Abnahme) ab. Für die Stromversorgung des Differenzkreises wird nur Wechselstrom verwendet. Daher ist es sinnvoller, als Sensoren reaktive Sensoren (induktiv oder kapazitiv) zu verwenden.

Besonders praktisch ist der Einsatz eines solchen Schaltkreises beim Arbeiten mit differenziellen induktiven oder kapazitiven Sensoren. Bei der Verwendung solcher Sensoren wird nicht nur die Größe der Bewegung beispielsweise des ferromagnetischen Kerns (Abb. 5), sondern auch die Richtung dieser Bewegung (sein Vorzeichen) erfasst, wodurch die Phase des Wechsels ermittelt wird Strom, der durch das Messgerät fließt, ändert sich.Dadurch wird die Empfindlichkeit der Messung weiter erhöht.

Reis. 5. Anschlussplan eines induktiven Differenzsensors

Es ist zu beachten, dass zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung in einigen Fällen andere Arten ähnlicher Messschaltungen verwendet werden, beispielsweise symmetrische Differentialschaltungen… Solche Schaltungen umfassen entweder einen wiederholten Akkord oder einen speziellen Mess-Spartransformator mit einer speziellen Skala, und der Messvorgang mit solchen Schaltungen ähnelt Messungen mit einer symmetrischen Brückenschaltung.

Ausgleichsregelung Die Einbeziehung von Sensoren gilt als die genaueste aller oben diskutierten Methoden. Sein Betrieb basiert auf der Ausgangsspannungskompensation oder EMF. ein ihm hinsichtlich des Spannungsabfalls im Messrheostat (Rheochord) gleichwertiger Sensor. Für die Stromversorgung der Kompensationsschaltung wird nur eine Gleichstromquelle verwendet und sie wird hauptsächlich bei Gleichstromgeneratorsensoren verwendet.

Betrachten wir die Funktionsweise dieser Schaltung am Beispiel der Verwendung eines Thermoelements als Sensor (Abb. 6).

Reis. 6. Kompensationsschaltung zum Einschalten des thermoelektrischen Sensors

Unter Einwirkung der angelegten Spannung U fließt ein Strom durch den Messwiderstand, der einen Abfall der Spannung U1 im Abschnitt des Widerstands von seinem linken Ausgang zum Motor verursacht. Bei Gleichheit dieser Spannung und der EMF-Thermoelemente fließt kein Strom durch das Glukometer.

Ändert sich der Wert des EMK-Sensors, ist es notwendig, mit dem Schieber des Schiebereglers erneut das Fehlen dieses Stroms zu erreichen. Hier, wie in der Gleichgewichtsbrückenschaltung, ist der Wert des gemessenen Parameters, in unserem Fall die Temperatur (EMK-Thermoelement) wird durch die Größe des Gleitdrahtes bestimmt und die Bewegung seines Motors erfolgt meist auch mit Hilfe eines speziellen Elektromotors.

Die hohe Genauigkeit der Kompensationsschaltung beruht auf der Tatsache, dass während der Messung die vom Sensor erzeugte elektrische Energie nicht verbraucht wird, da der Strom im Einschlusskreis Null ist. Diese Schaltung kann auch bei parametrischen Sensoren verwendet werden, allerdings wird dann eine zusätzliche Gleichstromquelle benötigt, die im Stromversorgungskreis des parametrischen Sensors verwendet wird.