דיאגרמות חיבור חיישנים

דיאגרמות חיבור של חיישנים, הנקראים יותר מעגלי מדידה, נועדו להמיר את ערך הפלט של החיישן, וברוב המקרים מדובר בשינוי בהתנגדות הפנימית שלהם, לערך נוח יותר לשימוש בו לאחר מכן. ככלל, זהו זרם חשמלי או שינוי במתח שניתן לקבוע ישירות באמצעות מכשיר מדידה חשמלי או, לאחר הגברה, להזין למפעיל מתאים או למכשיר הקלטה.

למטרות אלה, נעשה שימוש נרחב בסכימות המיתוג הבאות:

• עִקבִי,

• מִדרָכָה,

• דִיפֵרֶנציִאָלִי,

• מְפַצֶה.

דיאגרמת מעגלים עוקבים מורכב ממקור DC או AC, חיישן Rx עצמו, מכשיר מדידה או מנגנון הנעה ישירה, ובדרך כלל התנגדות נוספת Rd המגבילה את הזרם במעגל זה (איור 1). מעגל מיתוג כזה נמצא לרוב בשימוש נרחב רק עם חיישני מגע שעבורם Rx = 0 או Rx = ?.

אורז. 1. מעגל טורי לחיבור חיישנים

כי כאשר עובדים עם חיישנים אחרים במעגל של מכשיר המדידה, זרם חשמלי שנקבע על ידי הביטוי I = U /(Rx + Rd) זורם תמיד, ושינוי קל בהתנגדות הפנימית של החיישן מוביל לשינוי קטן מאוד בזרם הזה. כתוצאה מכך, נעשה שימוש בקטע המינימלי של קנה המידה של מכשיר המדידה, ודיוק המדידה מופחת כמעט לאפס. לכן, עבור רוב החיישנים האחרים, נעשה שימוש במעגלי מדידה מיוחדים, אשר מגבירים באופן משמעותי את הרגישות והדיוק של המדידה.

בשימוש הנפוץ ביותר מעגל גשר מיתוג, שבו חיישן אחד ולעיתים מספר חיישן מחוברים בצורה מסוימת יחד עם נגדים נוספים במרובע (מה שנקרא גשר ווינסטון), בעל שני אלכסונים (איור 2). אחד מהם, הנקרא אלכסון הספק a-b, נועד לחבר מקור DC או AC, והשני, אלכסוני מדידה c-d, כולל מכשיר מדידה.

אורז. 2. מעגל גשר לחיבור חיישנים

אם התוצרים של ערכי ההתנגדות של הצדדים הנגדיים של המרובע (זרועות הגשר) שווים Rx x R3 = R1NS R2, הפוטנציאלים של נקודות c ו-d יהיו שווים ולא יהיה זרם באלכסון המדידה. מצב זה של מעגל הגשר נקרא בדרך כלל איזון גשר, כלומר מעגל הגשר מאוזן.

אם ההתנגדות של חיישן Rx משתנה עקב השפעה חיצונית, אזי האיזון יופרע וזרם פרופורציונלי לשינוי בהתנגדות זו יזרום דרך מכשיר המדידה. במקרה זה, כיוון הזרם הזה מציין כיצד ההתנגדות של החיישן השתנתה (גדלה או ירדה).כאן, עם בחירה מתאימה של רגישות מכשיר המדידה, הכל סולם עבודה.

מעגל הגשר הנדון נקרא בִּלתִי מְאוּזָן, כאשר תהליך המדידה מתרחש ב חוֹסֶר אִזוּן גשר, כלומר. חוֹסֶר אִזוּן. לרוב נעשה שימוש במעגל גשר לא מאוזן במקרים בהם ההתנגדות של החיישן בהשפעת כוחות חיצוניים יכולה להשתנות מהר מאוד ליחידת זמן, אבל אז במקום מכשיר מדידה כדאי יותר להשתמש במכשיר הקלטה שיקליט את אלה שינויים .

זה נחשב רגיש יותר מעגל גשר מאוזן, שבו ריאוסטט מדידה מיוחד R (איור 3), המצויד בסולם ונקרא rheochord בטכניקת המדידה, מחובר בנוסף לשתי זרועות סמוכות.

אורז. 3. מעגל גשר מאוזן

כאשר עובדים עם מעגל כזה, עם כל שינוי בהתנגדות של החיישן, יש לאזן מחדש את מעגל הגשר עם המחוון הכלול, כלומר. בעוד שאין זרם באלכסון המדידה. במקרה זה, ערך הפרמטר הנמדד (שינוי בערך ההתנגדות של החיישן) נקבע על ידי סולם מיוחד המצויד ברשומה זו ומכויל ביחידות מהערך הנמדד על ידי החיישן.

הדיוק הגבוה יותר של הגשר המאוזן מוסבר בכך שקל יותר לקבוע את חוסר הזרם במכשיר המדידה מאשר למדוד ישירות את ערכו, ואיזון הגשר במקרים כאלה, ככלל, מתבצע באמצעות מנוע חשמלי מיוחד הנשלט על ידי אות חוסר איזון של מעגל הגשר.

מעגלי גשר למיתוג חיישנים נחשבים אוניברסליים, מכיוון שהם יכולים להיות מופעלים על ידי זרם ישיר וחילופין, והכי חשוב, ניתן לחבר מספר חיישנים למעגלים אלה בו-זמנית, מה שתורם להגברת הרגישות לא רק, אלא גם דיוק מדידה.

מעגל דיפרנציאלי הכללת חיישנים בנויה באמצעות שנאי מיוחד המופעל על ידי רשת זרם חילופין, שהסלילה המשנית שלה מחולקת לשני חלקים זהים. לפיכך, במעגל זה (איור 4) נוצרים שני מעגלים סמוכים, שלכל אחד מהם לולאת זרם משלו I1 ו-I2. וערך הזרם במכשיר המדידה נקבע על פי הפרש הזרמים הללו, ואם ההתנגדויות של החיישן Rx והנגד הנוסף Rd שוות, לא יהיה זרם במכשיר המדידה.

אורז. 4. מעגל מיתוג חיישן דיפרנציאלי

כאשר ההתנגדות של החיישן משתנה, זרם פרופורציונלי לשינוי זה יזרום דרך מכשיר המדידה, והשלב של זרם זה יהיה תלוי באופי השינוי בהתנגדות זו (עלייה או ירידה). רק זרם חילופין משמש להנעת מעגל הדיפרנציאלי, ולכן מתאים יותר להשתמש בחיישנים תגובתיים (אינדוקטיביים או קיבוליים) כחיישנים.

זה נוח במיוחד להשתמש במעגל מיתוג כזה כאשר עובדים עם חיישנים אינדוקטיביים או קיבוליים דיפרנציאליים. בעת שימוש בחיישנים כאלה, נרשם לא רק גודל התנועה, למשל, של הליבה הפרומגנטית (איור 5), אלא גם כיוון התנועה הזו (הסימן שלה), וכתוצאה מכך השלב של ההחלפה הזרם העובר דרך מכשיר המדידה, משתנה.זה מגביר עוד יותר את רגישות המדידה.

אורז. 5. דיאגרמת חיבור של חיישן דיפרנציאלי אינדוקטיבי

יש לציין כי על מנת להגביר את דיוק המדידה, במקרים מסוימים משתמשים בסוגים אחרים של מעגלי מדידה דומים, למשל, מעגלים דיפרנציאליים מאוזנים... מעגלים כאלה כוללים אקורד חוזר או שנאי מדידה מיוחד עם סולם מיוחד, ותהליך המדידה עם מעגלים כאלה דומה למדידות עם מעגל גשר מאוזן.

תוכנית פיצויים הכללת חיישנים נחשבת למדויקת ביותר מכל אלו שנדונו לעיל. פעולתו מבוססת על פיצוי מתח מוצא או EMF. חיישן השווה לו מבחינת ירידת המתח בריאוסטט המדידה (rheochord). רק מקור DC משמש להפעלת מעגל הפיצוי והוא משמש בעיקר עם חיישני מחולל DC.

בואו נסתכל על פעולת המעגל הזה באמצעות הדוגמה של שימוש בצמד תרמי כחיישן (איור 6).

אורז. 6. מעגל פיצוי להפעלת החיישן התרמו-אלקטרי

תחת פעולת המתח U המופעל, זורם זרם דרך ריאוסטט המדידה, אשר גורם לירידה במתח U1 בקטע של הריאוסטט מהמוצא השמאלי שלו אל המנוע. במקרה של שוויון של מתח זה וצמדים תרמיים של EMF - לא יהיה זרם דרך הגלוקומטר.

אם הערך של חיישן ה-emf משתנה, יש צורך להשיג שוב את היעדר הזרם הזה באמצעות המחוון של המחוון. כאן, כמו במעגל גשר שיווי המשקל, הערך של הפרמטר הנמדד, במקרה שלנו הטמפרטורה (צמד תרמי emf) נקבע על פי קנה המידה של חוט ההזזה, ותנועת המנוע שלו מתבצעת, לרוב, גם בעזרת מנוע חשמלי מיוחד.

הדיוק הגבוה של מעגל הפיצוי נובע מהעובדה שבמהלך המדידה, האנרגיה החשמלית שנוצרת על ידי החיישן אינה נצרכת, שכן הזרם במעגל של הכללתו הוא אפס. ניתן להשתמש במעגל זה גם עם חיישנים פרמטריים, אך אז יש צורך במקור DC נוסף, המשמש במעגל אספקת החשמל של החיישן הפרמטרי.