ไดอะแกรมการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์

ไดอะแกรมการเชื่อมต่อของเซ็นเซอร์ เรียกกันทั่วไปว่า วงจรการวัดได้รับการออกแบบมาเพื่อแปลงค่าเอาท์พุตของเซ็นเซอร์ และในกรณีส่วนใหญ่ นี่คือการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานภายใน ให้เป็นค่าที่สะดวกกว่าสำหรับการใช้งานในภายหลัง ตามกฎแล้ว นี่คือกระแสไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่สามารถกำหนดได้โดยตรงโดยใช้อุปกรณ์วัดทางไฟฟ้า หรือหลังจากขยายสัญญาณแล้ว ให้ป้อนไปยังแอคชูเอเตอร์หรืออุปกรณ์บันทึกที่เหมาะสม

เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ มีการใช้รูปแบบการสลับดังต่อไปนี้:

• สม่ำเสมอ,

• ผิวทาง,

• ความแตกต่าง,

• ชดเชย

แผนภาพวงจรแบบลำดับ ประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟ DC หรือ AC, เซ็นเซอร์ Rx เอง, อุปกรณ์วัดหรือกลไกขับเคลื่อนโดยตรง และโดยทั่วไปแล้วจะมีความต้านทานเพิ่มเติม Rd ที่จำกัดกระแสในวงจรนี้ (รูปที่ 1) วงจรสวิตช์ดังกล่าวมักใช้กันอย่างแพร่หลายเฉพาะกับเซ็นเซอร์สัมผัสซึ่ง Rx = 0 หรือ Rx = ?

ข้าว. 1. วงจรอนุกรมสำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์

เนื่องจากเมื่อทำงานร่วมกับเซ็นเซอร์อื่นๆ ในวงจรของอุปกรณ์วัด กระแสไฟฟ้าที่กำหนดโดยนิพจน์ I = U /(Rx + Rd) จะไหลเสมอ และการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความต้านทานภายในของเซ็นเซอร์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ในปัจจุบันนี้. เป็นผลให้มีการใช้ส่วนขั้นต่ำของมาตราส่วนของอุปกรณ์วัด และความแม่นยำของการวัดจะลดลงจนเหลือศูนย์ ดังนั้นสำหรับเซ็นเซอร์อื่นๆ ส่วนใหญ่ จึงมีการใช้วงจรการวัดแบบพิเศษ ซึ่งช่วยเพิ่มความไวและความแม่นยำในการวัดได้อย่างมาก

ใช้กันมากที่สุด วงจรสะพาน การสลับซึ่งเซ็นเซอร์หนึ่งตัวและบางครั้งหลายตัวเชื่อมต่อในลักษณะหนึ่งร่วมกับตัวต้านทานเพิ่มเติมในสี่เหลี่ยมจัตุรัส (ที่เรียกว่า สะพานวินสตัน) ซึ่งมีเส้นทแยงมุมสองเส้น (รูปที่ 2) หนึ่งในนั้นเรียกว่า a-b power diagonal ออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ DC หรือ AC และอีกอันคือ c-d การวัดในแนวทแยงรวมถึงอุปกรณ์การวัด

ข้าว. 2. วงจรบริดจ์สำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์

หากผลคูณของค่าความต้านทานของด้านตรงข้ามของรูปสี่เหลี่ยม (แขนสะพาน) เท่ากัน Rx x R3 = R1NS R2 ศักยภาพของจุด c และ d จะเท่ากันและจะไม่มีกระแสไฟฟ้าในแนวทแยงของการวัด สถานะของวงจรบริดจ์นี้เรียกกันทั่วไปว่า ความสมดุลของสะพาน, เช่น. วงจรบริดจ์มีความสมดุล

หากความต้านทานของเซ็นเซอร์ Rx เปลี่ยนแปลงเนื่องจากอิทธิพลภายนอก เครื่องชั่งจะถูกรบกวนและกระแสที่เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานนี้จะไหลผ่านอุปกรณ์วัด ในกรณีนี้ ทิศทางของกระแสนี้บ่งชี้ว่าความต้านทานของเซ็นเซอร์เปลี่ยนไปอย่างไร (เพิ่มขึ้นหรือลดลง)ด้วยตัวเลือกความไวของอุปกรณ์การวัดที่เหมาะสม ทั้งหมดนี้ ขนาดการทำงาน.

เรียกว่าวงจรบริดจ์ภายใต้การพิจารณา ไม่สมดุลเนื่องจากกระบวนการวัดเกิดขึ้นที่ ความไม่สมดุล สะพานเช่น ความไม่สมดุล วงจรสะพานที่ไม่สมดุลมักใช้ในกรณีที่ความต้านทานของเซ็นเซอร์ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็วต่อหน่วยเวลา แต่แทนที่จะใช้อุปกรณ์วัดจะเป็นการดีกว่าที่จะใช้อุปกรณ์บันทึกที่จะบันทึกสิ่งเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลง.

ก็ถือว่าไวขึ้น วงจรบาลานซ์บริดจ์ซึ่งมีรีโอสแตตวัดแบบพิเศษ R (รูปที่ 3) ซึ่งติดตั้งสเกลและเรียกว่ารีโอคอร์ดในเทคนิคการวัด เชื่อมต่อกับแขนสองข้างที่อยู่ติดกัน

ข้าว. 3. วงจรบาลานซ์บริดจ์

เมื่อทำงานกับวงจรดังกล่าว เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของเซ็นเซอร์แต่ละครั้ง วงจรบริดจ์จะต้องได้รับการปรับสมดุลด้วยแถบเลื่อนที่ให้มา เช่น ในขณะที่ไม่มีกระแสในแนวทแยงการวัด ในกรณีนี้ ค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้ (การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของเซ็นเซอร์) จะถูกกำหนดโดยมาตราส่วนพิเศษที่ติดตั้งบันทึกนี้และสอบเทียบในหน่วยของค่าที่วัดได้โดยเซ็นเซอร์

ความแม่นยำที่สูงขึ้นของสะพานบาลานซ์นั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ามันง่ายกว่าที่จะตรวจสอบการขาดกระแสไฟฟ้าในอุปกรณ์การวัดมากกว่าการวัดค่าของมันโดยตรง และการปรับสมดุลของสะพานในกรณีดังกล่าวตามกฎแล้วจะดำเนินการโดยใช้ มอเตอร์ไฟฟ้าพิเศษควบคุมโดยสัญญาณไม่สมดุลวงจรสะพาน

วงจรบริดจ์สำหรับเซ็นเซอร์สวิตชิ่งถือเป็นสากล เนื่องจากสามารถรับพลังงานจากทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ และที่สำคัญที่สุดคือ เซ็นเซอร์หลายตัวสามารถเชื่อมต่อกับวงจรเหล่านี้ได้พร้อมกัน ซึ่งช่วยเพิ่มความไวไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึง ความแม่นยำในการวัด

วงจรดิฟเฟอเรนเชียล การรวมเซ็นเซอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้หม้อแปลงพิเศษที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายกระแสสลับซึ่งขดลวดทุติยภูมิแบ่งออกเป็นสองส่วนที่เหมือนกัน ดังนั้นในวงจรนี้ (รูปที่ 4) จึงเกิดวงจรที่อยู่ติดกันสองวงจร ซึ่งแต่ละวงจรจะมีวงจร I1 และ I2 ในปัจจุบันของตัวเอง และค่าของกระแสในอุปกรณ์วัดจะพิจารณาจากความแตกต่างของกระแสเหล่านี้ และถ้าความต้านทานของเซ็นเซอร์ Rx และตัวต้านทานเพิ่มเติม Rd เท่ากัน ก็จะไม่มีกระแสไฟฟ้าในอุปกรณ์วัด

ข้าว. 4. วงจรสวิตชิ่งเซ็นเซอร์ดิฟเฟอเรนเชียล

เมื่อความต้านทานของเซ็นเซอร์เปลี่ยนแปลง กระแสที่เป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงนี้จะไหลผ่านอุปกรณ์วัด และเฟสของกระแสนี้จะขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานนี้ (เพิ่มขึ้นหรือลดลง) กระแสสลับเท่านั้นที่ใช้จ่ายไฟให้กับวงจรดิฟเฟอเรนเชียล ดังนั้นจึงเหมาะสมกว่าที่จะใช้เซ็นเซอร์ปฏิกิริยา (อุปนัยหรือตัวเก็บประจุ) เป็นเซ็นเซอร์

สะดวกอย่างยิ่งที่จะใช้วงจรสวิตชิ่งเมื่อทำงานกับเซ็นเซอร์อุปนัยหรือคาปาซิทีฟดิฟเฟอเรนเชียล เมื่อใช้เซ็นเซอร์ดังกล่าว ไม่เพียงแต่ขนาดของการเคลื่อนไหว เช่น แกนเฟอร์โรแมกเนติก (รูปที่ 5) แต่ยังบันทึกทิศทางของการเคลื่อนไหวนี้ (เครื่องหมายของมัน) ซึ่งเป็นผลมาจากเฟสของการสลับ กระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์วัด มีการเปลี่ยนแปลงสิ่งนี้จะเพิ่มความไวของการวัด

ข้าว. 5. แผนภาพการเชื่อมต่อของเซ็นเซอร์อนุพันธ์แบบเหนี่ยวนำ

ควรสังเกตว่าเพื่อเพิ่มความแม่นยำของการวัด ในบางกรณีมีการใช้วงจรการวัดประเภทอื่นที่คล้ายคลึงกัน เช่น วงจรดิฟเฟอเรนเชียลที่สมดุล… วงจรดังกล่าวมีทั้งคอร์ดซ้ำหรือตัวแปลงอัตโนมัติการวัดแบบพิเศษที่มีสเกลพิเศษ และกระบวนการวัดด้วยวงจรดังกล่าวจะคล้ายกับการวัดด้วยวงจรบาลานซ์บริดจ์

รูปแบบการชดเชย การรวมเซ็นเซอร์ถือว่าแม่นยำที่สุดในบรรดาทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้น การทำงานของมันขึ้นอยู่กับการชดเชยแรงดันเอาต์พุตหรือ EMF เซ็นเซอร์เท่ากับในแง่ของแรงดันไฟฟ้าตกในรีโอสแตทการวัด (รีโอคอร์ด) มีเพียงแหล่งจ่ายไฟ DC เท่านั้นที่ใช้จ่ายไฟให้กับวงจรชดเชย และส่วนใหญ่จะใช้กับเซ็นเซอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

ลองดูการทำงานของวงจรนี้โดยใช้ตัวอย่างการใช้เทอร์โมคัปเปิลเป็นเซ็นเซอร์ (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. วงจรชดเชยสำหรับการเปิดเซ็นเซอร์เทอร์โมอิเล็กทริก

ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ U กระแสจะไหลผ่านรีโอสแตทการวัด ซึ่งทำให้แรงดัน U1 ลดลงในส่วนของรีโอสแตตจากเอาต์พุตด้านซ้ายไปยังมอเตอร์ ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้านี้และเทอร์โมคัปเปิล EMF เท่ากัน — จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านกลูโคมิเตอร์

หากค่าของเซ็นเซอร์ emf เปลี่ยนไป จำเป็นต้องทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้านี้อีกครั้งโดยใช้แถบเลื่อนของแถบเลื่อน เช่นเดียวกับในวงจรสะพานสมดุล ค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้ ในกรณีของเรา อุณหภูมิ (เทอร์โมคัปเปิล emf) ถูกกำหนดโดยขนาดของลวดเลื่อนและการเคลื่อนที่ของมอเตอร์ส่วนใหญ่มักจะใช้มอเตอร์ไฟฟ้าพิเศษร่วมด้วย

ความแม่นยำสูงของวงจรชดเชยเกิดจากความจริงที่ว่าในระหว่างการวัดพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเซ็นเซอร์จะไม่ถูกใช้เนื่องจากกระแสในวงจรของการรวมเป็นศูนย์ วงจรนี้สามารถใช้กับเซ็นเซอร์พาราเมตริกได้เช่นกัน แต่จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟ DC เพิ่มเติม ซึ่งใช้ในวงจรจ่ายไฟของเซ็นเซอร์พาราเมตริก