Схемы включения преобразователей сопротивления

Схемы включения первичных преобразователей

Как уже отмечалось большее применение при исследовании бытовых машин и приборов, а также для получения диагностической информации в процессе их эксплуатации нашли преобразователи сопротивления в частности тензорезисторы в силу их дешевизны, простоты в эксплуатации и возможности получения достоверной информации.

Основная схема подключения тензорезисторов - мостовая. Различают уравновешенную и неуравновешенную мостовые схемы.

Рис.4.11 Уравновешенная мостовая схема

Уравновешенная мостовая схема (рис. 4.11) работает на постоянном токе, которым питаются плечи моста "аb", а контроль за балансом моста осуществляется с помощью гальванометра (Г), включенного в плечи "cd"(измерительная диагональ). При изменении сопротивления рабочего тензорезистора R1 стрелка гальванометра отклоняется, т.е. происходит разбаланс моста. Для приведения моста в равновесное состояние необходимо воздействовать на реостат, установленный в плече "b" для приведения по шкале реостата гальванометра в нулевое положение.

Показание разбаланса моста снимается (фиксируется) по шкале реостата. Этот метод дает большую точность, однако пригоден для измерения, в основном, статических или медленно протекающих процессов.

Рис. 4.12 Неуравновешенная мостовая схема

В неуравновешенной или неравновесной мостовой схеме (см. рис. 4.12) плечо моста "аб" питается постоянным током, а с плеча 'cd' снимается сигнал разбаланса (измерительная диагональ). При работе одного из резисторов, например R1 изменяется ток или напряжение в плече "сd", которое может регистрироваться гальванометром или регистрирующими приборами. Таким образом, в плече "cd" создается разбаланс, который фиксируется относительно нулевого положения (величина сигнала в динамике).

В зависимости от сопротивления нагрузки R_Н выходными параметрами неуравновешенной мостовой схемы является ток нагрузки I_Н или выходное напряжение U_Н снимаемые с плеча "сd".

Для подбора мостовой схемы требуется определить входное и выходное сопротивление (Rвх и Rвых), чувствительность системы S и потребляемую мощность Rвх.

Основные показатели схем зависят от способа включения в них тензорезисторов.

На рис. 4.13. показаны основные способы включения тензорезисторов в мостовую схему.

Рис. 4.13 Способы включения тензорезисторов в мостовую схему

По схеме (рис. 4.13,а) активный тензорезистор (т.е. воспринимающий деформацию) может быть включен в любое плечо схемы моста. Включение тензорезисторов по рис. 4.13,б может быть видоизменено таким образом, что следующие пары плеч моста замещаются тензорезисторами R1 и R2 или R1 и RЗ. Однако, не один из этих способов не обладает свойством термокомпенсации, в связи с чем не нашли практического применения.

В процессе измерения каждый из тензорезисторов может в зависимости от знака деформации изменять свое сопротивление на ±ΔR, поэтому

где R_о - сопротивление недеформированного тензорезистора.

Из этого следует, что для получения максимального выходного напряжения, имеет большое значение с каким знаком приходит деформация тензорезистора и в каком плече мостовой схемы он находится, за исключением случая, когда применяется один активный тензорезистор. Например, для схемы (рис.4.13,а) при выполнении условия δ₁ = δ₄ выходное напряжение мостовой схемы за счет изменения сопротивлений тензорезисторов R1 и R4 не изменится. Для случая (рис.4.13,б), когда выполняется условие δ₁ = - δ₄ мостовое напряжение мостовой схемы удваивается по сравнению со случаем, когда в схеме используется всего лишь один тензорезистор. Реализация этого положения путем наклейки тензорезисторов на исследуемую деталь дает возможность измерять изгибные и крутильные колебания. Например, для получения максимального напряжения по схеме на рис.4.13,б необходимо соблюдать равенство . При таком способе расположения тензорезисторов выходное напряжение будет в 4 раза больше по сравнению со схемой на рис.4.13, а.

Зависимость тензорезисторов от температуры приводит к эффекту ложной деформации. На практике это достигается, путем использования дифференциальных свойств мостовой схемы. Сущность этого заключается в том, что два или четыре тензорезистора, наклеенные на одну и ту же деталь (источник информации) попарно включаются в смежные плечи моста относительно вершин измерительной диагонали. В этом случае можно считать, что тензорезисторы находятся в одинаковых температурных условиях. При отклонении температуры от номинальных значений сопротивления тензорезисторов изменяются на одну и ту же величину ΔR (t). Так как выходное напряжение мостовой схемы пропорционально разности(см. рис.4.13), которая в этом случае равна нулю, то изменение сопротивлений тензорезисторов R1 и R4 под влиянием изменяющейся температуры не вызывает изменения выходного напряжения. Аналогично ведут себя и тензорезисторы R2 и RЗ (см. рис.4.13, в).

Перед началом измерений ток или напряжение измерительной диагонали должны равняться нулю, что достигается при равенстве: (равновесное состояние). Это равновесное состояние достигается балансировкой моста путем изменения плеч моста. Конфигурация схем уравновешивания в основном определяется формой питающего напряжения и числом активных плеч моста. При питании схемы постоянным током достаточно всего одной регулировки, с помощью которой можно изменить сопротивление хотя бы одного из плеч. На рис.4.12. показана предпочтительная мостовая схема с включением балансового сопротивления Rб.

Рис. 4.14 Мостовая схема с балансовым сопротивлением.

Путем перемещения ползуна Rб, можно достигнуть равновесия:

Если тензорезистором замещено сопротивление R1, то новое состояние равновесия схемы при изменении сопротивления тензорезистора на величину ΔR1 имеет вид:

где х - координата ползуна балансировочного сопротивления Rб

После преобразования получим:

Если мостовая схема питается переменным током, то в общем случае сопротивление плеч моста становится комплексными и для уравновешивания схемы требуются минимум две регулировки (по активной и реактивной составляющим). Балансировку схемы по реактивной части сопротивления осуществляется применением дифференциального конденсатора.

Схемы включения потенциометрических преобразователей. Наиболее распространенные схемы включения потенциометрических преобразователей: последовательная, с усилителем и с делителем.

Схема последовательного типа приведена на рис.4.15

Рисунок 4.15 - Схема последовательного типа включения реостатного датчика

Обозначим: U₀ – начальное напряжение при e=0, где -относительное изменение сопротивления. Тогда:

;

Обозначим - коэффициент нагрузки, тогда ;

И окончательно приращение выходного напряжения:

;

;

_.

Для схемы с усилителем (рис.4.16)

Рисунок 4.16 - Схема включения реостатного датчика с усилителем

Напряжение на выходе запишется:

;

Здесь также существует начальное напряжение ;

Приращение выходного напряжения

;

При использовании схемы (рис.4.17) напряжение на выходе можно записать как:

Рисунок 4.16. Схема включения реостатного датчика с делителем

А начальное напряжение и напряжение на выходе определяется по следующим зависимостям:

;

Дата добавления: 2014-01-15