مخططات اتصال أجهزة الاستشعار

مخططات اتصال أجهزة الاستشعار ، تسمى بشكل أكثر شيوعًا دوائر القياس، لتحويل قيمة خرج المستشعر ، وفي معظم الحالات يكون هذا تغييرًا في مقاومتها الداخلية ، إلى قيمة أكثر ملاءمة لاستخدامها لاحقًا. كقاعدة عامة ، هذا هو تيار كهربائي أو تغيير في الجهد يمكن تحديده إما مباشرة باستخدام جهاز قياس كهربائي أو بعد تضخيمه ، يتم تغذيته إلى مشغل أو جهاز تسجيل مناسب.

لهذه الأغراض ، يتم استخدام مخططات التحويل التالية على نطاق واسع:

• ثابت،

• الرصيف

• التفاضلي،

• تعويضي.

مخطط الدائرة المتسلسلة يتكون من مصدر تيار مستمر أو تيار متردد ، ومستشعر Rx نفسه ، وجهاز قياس أو آلية محرك مباشر ، وعادة ما يكون طريق مقاومة إضافي يحد من التيار في هذه الدائرة (الشكل 1). غالبًا ما تستخدم دائرة التبديل هذه على نطاق واسع فقط مع مستشعرات التلامس التي Rx = 0 أو Rx =؟.

أرز. 1. دارة تسلسلية لتوصيل أجهزة الاستشعار

لأنه عند العمل مع أجهزة استشعار أخرى في دائرة جهاز القياس ، يتدفق تيار كهربائي محدد بالتعبير I = U / (Rx + Rd) دائمًا ، ويؤدي التغيير الطفيف في المقاومة الداخلية للمستشعر إلى تغيير طفيف جدًا في هذا التيار. نتيجة لذلك ، يتم استخدام الجزء الأدنى من مقياس جهاز القياس ، ويتم تقليل دقة القياس عمليًا إلى الصفر. لذلك ، بالنسبة لمعظم أجهزة الاستشعار الأخرى ، يتم استخدام دوائر قياس خاصة ، مما يزيد بشكل كبير من حساسية ودقة القياس.

الأكثر استخداما دائرة الجسر التبديل ، حيث يتم توصيل مستشعر واحد وأحيانًا عدة مستشعرات بطريقة معينة مع مقاومات إضافية في رباعي الزوايا (ما يسمى جسر وينستون) ، التي لها قطرين (الشكل 2). أحدهما ، يسمى a-b power diagonal ، مصمم لتوصيل مصدر تيار مستمر أو تيار متردد ، والآخر ، c-d قياس قطري ، يتضمن جهاز قياس.

أرز. 2. دائرة الجسر لتوصيل أجهزة الاستشعار

إذا كانت منتجات قيم المقاومة للجانبين المتقابلين للشكل الرباعي (أذرع الجسر) متساوية Rx x R3 = R1NS R2 ، فإن إمكانات النقطتين c و d ستكون متساوية ولن يكون هناك تيار في قطري القياس. تسمى حالة دائرة الجسر هذه بشكل شائع توازن الجسر، أي. دائرة الجسر متوازنة.

إذا تغيرت مقاومة مستشعر Rx بسبب تأثير خارجي ، فسيتم اضطراب التوازن وسيتدفق تيار متناسب مع التغيير في هذه المقاومة عبر جهاز القياس. في هذه الحالة ، يشير اتجاه هذا التيار إلى كيفية تغير مقاومة المستشعر (زيادة أو نقصان).هنا ، مع الاختيار المناسب لحساسية جهاز القياس ، كل ذلك مقياس العمل.

تسمى دائرة الجسر قيد النظر غير متوازن، حيث تتم عملية القياس في اختلال التوازن الجسر ، أي اختلال التوازن. غالبًا ما يتم استخدام دائرة الجسر غير المتوازنة في الحالات التي يمكن أن تتغير فيها مقاومة المستشعر تحت تأثير القوى الخارجية بسرعة كبيرة لكل وحدة زمنية ، ولكن بدلاً من جهاز القياس ، يكون من الأنسب استخدام جهاز تسجيل يقوم بتسجيل هذه التغييرات.

يعتبر أكثر حساسية دائرة الجسر المتوازن، حيث يتم توصيل متغير متغير للقياس خاص R (الشكل 3) ، مزود بمقياس ويسمى rheochord في تقنية القياس ، بالإضافة إلى ذراعين متجاورين.

أرز. 3. دائرة الجسر المتوازن

عند العمل مع مثل هذه الدائرة ، مع كل تغيير في مقاومة المستشعر ، يجب إعادة موازنة دائرة الجسر مع شريط التمرير المضمن ، أي بينما لا يوجد تيار في قطري القياس. في هذه الحالة ، يتم تحديد قيمة المعلمة المقاسة (التغير في قيمة مقاومة المستشعر) بمقياس خاص مجهز بهذا السجل ومعايرته بوحدات القيمة التي يقاسها المستشعر.

تفسر الدقة العالية للجسر المتوازن بحقيقة أنه من الأسهل تحديد نقص التيار في جهاز القياس بدلاً من قياس قيمته مباشرةً ، ويتم تنفيذ موازنة الجسر في مثل هذه الحالات ، كقاعدة عامة ، باستخدام محرك كهربائي خاص يتم التحكم فيه بواسطة إشارة عدم توازن دائرة الجسر.

تعتبر دوائر الجسر الخاصة بتحويل المستشعرات عالمية ، حيث يمكن تشغيلها بواسطة كل من التيار المباشر والمتناوب ، والأهم من ذلك ، يمكن توصيل العديد من أجهزة الاستشعار بهذه الدوائر في نفس الوقت ، مما يساهم في زيادة ليس فقط الحساسية ، ولكن أيضًا دقة القياس.

الدائرة التفاضلية تم إنشاء تضمين المستشعرات باستخدام محول خاص مدعوم بشبكة تيار متناوب ، ينقسم الملف الثانوي إلى جزأين متطابقين. وهكذا ، في هذه الدائرة (الشكل 4) يتم تشكيل دائرتين متجاورتين ، ولكل منهما حلقة التيار الخاصة بها I1 و I2. ويتم تحديد قيمة التيار في جهاز القياس باختلاف هذه التيارات ، وإذا تساوت مقاومات المستشعر Rx وطريق المقاوم الإضافي ، فلن يكون هناك تيار في جهاز القياس.

أرز. 4. دائرة تبديل أجهزة الاستشعار التفاضلية

عندما تتغير مقاومة المستشعر ، يتدفق تيار متناسب مع هذا التغيير عبر جهاز القياس ، وستعتمد مرحلة هذا التيار على طبيعة التغيير في هذه المقاومة (زيادة أو نقصان). يتم استخدام التيار المتردد فقط لتشغيل الدائرة التفاضلية ، وبالتالي فمن الأنسب استخدام أجهزة استشعار تفاعلية (حثي أو سعوي) كمستشعرات.

من الملائم بشكل خاص استخدام دائرة التبديل هذه عند العمل مع أجهزة استشعار تفاضلية أو سعوية. عند استخدام هذه المستشعرات ، لا يتم فقط تسجيل حجم الحركة ، على سبيل المثال ، النواة المغناطيسية الحديدية (الشكل 5) ، ولكن أيضًا اتجاه هذه الحركة (علامتها) ، ونتيجة لذلك يتم تسجيل مرحلة التناوب يمر التيار عبر جهاز القياس ، يتغير.هذا يزيد من حساسية القياس.

أرز. 5. مخطط توصيل جهاز استشعار التفاضل الاستقرائي

وتجدر الإشارة إلى أنه من أجل زيادة دقة القياس ، يتم في بعض الحالات استخدام أنواع أخرى من دوائر القياس المماثلة ، على سبيل المثال ، الدوائر التفاضلية المتوازنة... تتضمن هذه الدوائر إما وترًا متكررًا أو محولًا ذاتيًا للقياس خاصًا بمقياس خاص ، وعملية القياس بمثل هذه الدوائر تشبه القياسات باستخدام دائرة جسر متوازنة.

خطة التعويض يعتبر تضمين المستشعرات الأكثر دقة من بين كل تلك التي تمت مناقشتها أعلاه. يعتمد تشغيلها على تعويض جهد الخرج أو EMF. جهاز استشعار يساوي ذلك من حيث انخفاض الجهد في مقاومة متغيرة للقياس (حبال الريش). يتم استخدام مصدر التيار المستمر فقط لتشغيل دائرة التعويض ويستخدم بشكل أساسي مع مستشعرات مولد التيار المستمر.

دعونا نلقي نظرة على تشغيل هذه الدائرة باستخدام مثال استخدام المزدوج الحراري كمستشعر (الشكل 6).

أرز. 6. دائرة التعويض لتشغيل جهاز الاستشعار الكهروحراري

تحت تأثير الجهد المطبق U ، يتدفق التيار عبر مقاييس مقاومة متغيرة ، مما يتسبب في انخفاض الجهد U1 في قسم مقاومة متغيرة من خرجه الأيسر إلى المحرك. في حالة المساواة بين هذا الجهد والمزدوجات الحرارية EMF - لن يكون هناك تيار من خلال مقياس الجلوكوز.

إذا تغيرت قيمة مستشعر emf ، فمن الضروري تحقيق غياب هذا التيار مرة أخرى باستخدام شريط التمرير. هنا ، كما في دائرة جسر التوازن ، قيمة المعلمة المقاسة ، في حالتنا درجة الحرارة (emf الحرارية) حسب مقياس السلك المنزلق ، ويتم تنفيذ حركة محركه ، في أغلب الأحيان ، أيضًا بمساعدة محرك كهربائي خاص.

ترجع الدقة العالية لدائرة التعويض إلى حقيقة أنه أثناء القياس ، لا يتم استهلاك الطاقة الكهربائية الناتجة عن المستشعر ، لأن التيار في دائرة تضمينه هو صفر. يمكن أيضًا استخدام هذه الدائرة مع المستشعرات البارامترية ، ولكن هناك حاجة بعد ذلك إلى مصدر إضافي للتيار المستمر ، والذي يتم استخدامه في دائرة إمداد الطاقة لجهاز الاستشعار البارامترية.