Diagramas de conexão do sensor

Diagramas de conexão de sensores, mais comumente chamados circuitos de medição, são projetados para converter o valor de saída do sensor, e na maioria dos casos é uma mudança em sua resistência interna, em um valor mais conveniente para seu uso posterior. Como regra, trata-se de uma corrente elétrica ou mudança de tensão que pode ser determinada diretamente usando um dispositivo de medição elétrico ou, após ser amplificada, alimentada a um atuador ou dispositivo de registro adequado.

Para esses fins, os seguintes esquemas de comutação são amplamente utilizados:

• consistente,

• pavimento,

• diferencial,

• compensatório.

Diagrama de circuito sequencial consiste em uma fonte DC ou AC, o próprio sensor Rx, um dispositivo de medição ou mecanismo de acionamento direto e geralmente uma resistência adicional Rd que limita a corrente neste circuito (Fig. 1). Esse circuito de comutação é mais frequentemente usado apenas com sensores de contato para os quais Rx = 0 ou Rx = ?.

Arroz. 1. Circuito serial para conectar sensores

Porque ao trabalhar com outros sensores no circuito do dispositivo de medição, sempre flui uma corrente elétrica determinada pela expressão I = U /(Rx + Rd), e uma pequena mudança na resistência interna do sensor leva a uma mudança muito pequena nesta corrente. Como resultado, a seção mínima da escala do dispositivo de medição é usada e a precisão da medição é praticamente reduzida a zero. Portanto, para a maioria dos outros sensores, são utilizados circuitos de medição especiais, que aumentam significativamente a sensibilidade e a precisão da medição.

Mais comumente usado circuito de ponte comutação, na qual um e às vezes vários sensores são conectados de uma certa maneira junto com resistores adicionais em um quadrilátero (o chamado Ponte Winston), que possui duas diagonais (Fig. 2). Um deles, chamado diagonal de potência a-b, é projetado para conectar uma fonte DC ou AC, e o outro, diagonal de medição c-d, inclui um dispositivo de medição.

Arroz. 2. Circuito de ponte para conectar sensores

Se os produtos dos valores das resistências dos lados opostos do quadrilátero (braços da ponte) forem iguais Rx x R3 = R1NS R2 os potenciais dos pontos c e d serão iguais e não haverá corrente na diagonal de medição. Este estado do circuito de ponte é comumente chamado ponte de equilíbrio, ou seja o circuito da ponte está balanceado.

Se a resistência do sensor Rx mudar devido a influência externa, o equilíbrio será perturbado e uma corrente proporcional à mudança nessa resistência fluirá através do dispositivo de medição. Nesse caso, a direção dessa corrente indica como a resistência do sensor mudou (aumentou ou diminuiu).Aqui, com uma escolha adequada da sensibilidade do dispositivo de medição, tudo isso escala de trabalho.

O circuito de ponte em consideração é chamado desequilibrado, pois o processo de medição ocorre em desequilíbrio ponte, ou seja desequilíbrio. Um circuito de ponte desbalanceado é usado com mais frequência nos casos em que a resistência do sensor sob a influência de forças externas pode mudar muito rapidamente por unidade de tempo, mas, em vez de um dispositivo de medição, é mais conveniente usar um dispositivo de gravação que registre essas mudanças .

É considerado mais sensível circuito de ponte balanceada, no qual um reostato de medição especial R (Fig. 3), equipado com uma escala e denominado reocórdio na técnica de medição, é adicionalmente conectado a dois braços adjacentes.

Arroz. 3. Circuito de ponte balanceada

Ao trabalhar com esse circuito, a cada alteração na resistência do sensor, o circuito da ponte deve ser reequilibrado com o controle deslizante incluído, ou seja, enquanto não houver corrente na diagonal de medição. Neste caso, o valor do parâmetro medido (alteração do valor da resistência do sensor) é determinado por uma balança especial equipada com este registro e calibrada em unidades do valor medido pelo sensor.

A maior precisão da ponte balanceada é explicada pelo fato de ser mais fácil determinar a falta de corrente no aparelho de medição do que medir diretamente seu valor, e o balanceamento da ponte nesses casos, via de regra, é feito com um motor elétrico especial controlado pelo sinal de desequilíbrio do circuito da ponte.

Os circuitos ponte para comutação de sensores são considerados universais, pois podem ser alimentados tanto por corrente contínua quanto por corrente alternada e, o mais importante, vários sensores podem ser conectados a esses circuitos ao mesmo tempo, o que contribui para aumentar não só a sensibilidade, mas também o precisão de medição.

circuito diferencial a inclusão de sensores é construída por meio de um transformador especial alimentado por uma rede de corrente alternada, cujo enrolamento secundário é dividido em duas partes idênticas. Assim, neste circuito (Fig. 4) são formados dois circuitos adjacentes, cada um com seu próprio loop de corrente I1 e I2. E o valor da corrente no aparelho de medição é determinado pela diferença dessas correntes, e se as resistências do sensor Rx e do resistor adicional Rd forem iguais, não haverá corrente no aparelho de medição.

Arroz. 4. Circuito de comutação do sensor diferencial

Quando a resistência do sensor muda, uma corrente proporcional a essa mudança fluirá através do dispositivo de medição, e a fase dessa corrente dependerá da natureza da mudança dessa resistência (aumento ou diminuição). Apenas a corrente alternada é utilizada para alimentar o circuito diferencial e, portanto, é mais adequado usar sensores reativos (indutivos ou capacitivos) como sensores.

É especialmente conveniente usar esse circuito de comutação ao trabalhar com sensores diferenciais indutivos ou capacitivos. Ao usar esses sensores, não apenas a magnitude do movimento, por exemplo, do núcleo ferromagnético (Fig. 5), mas também a direção desse movimento (seu sinal), como resultado da fase da alternância a corrente que passa pelo dispositivo de medição muda.Isso aumenta ainda mais a sensibilidade da medição.

Arroz. 5. Diagrama de conexão de um sensor diferencial indutivo

Deve-se notar que, para aumentar a precisão da medição, em alguns casos, outros tipos de circuitos de medição semelhantes são usados, por exemplo, circuitos diferenciais balanceados… Esses circuitos incluem uma corda repetida ou um autotransformador de medição especial com uma escala especial, e o processo de medição com esses circuitos é semelhante às medições com um circuito de ponte balanceada.

Esquema de compensação a inclusão de sensores é considerada a mais precisa de todas as discutidas acima. Sua operação é baseada na compensação de tensão de saída ou EMF. um sensor igual a ele em termos de queda de tensão no reostato de medição (reocórdio). Apenas uma fonte CC é usada para alimentar o circuito de compensação e é usada principalmente com sensores de gerador CC.

Vejamos o funcionamento deste circuito usando o exemplo do uso de um termopar como sensor (Fig. 6).

Arroz. 6. Circuito de compensação para ligar o sensor termoelétrico

Sob a ação da tensão aplicada U, uma corrente flui através do reostato de medição, o que causa uma queda na tensão U1 na seção do reostato de sua saída esquerda para o motor. Em caso de igualdade desta tensão e termopares EMF — não haverá corrente através do glicosímetro.

Se o valor do sensor fem mudar, é necessário atingir novamente a ausência dessa corrente usando o controle deslizante do controle deslizante. Aqui, como no circuito de ponte de equilíbrio, o valor do parâmetro medido, no nosso caso a temperatura (termopar fem) é determinado pela escala do fio deslizante, e o movimento de seu motor é realizado, na maioria das vezes, também com a ajuda de um motor elétrico especial.

A alta precisão do circuito de compensação se deve ao fato de que, durante a medição, a energia elétrica gerada pelo sensor não é consumida, pois a corrente no circuito de sua inclusão é zero. Este circuito também pode ser usado com sensores paramétricos, mas então é necessária uma fonte DC adicional, que é usada no circuito de alimentação do sensor paramétrico.