Резистивные датчики

Наиболее распространенными датчиками являются резистивные элементы. В табл. 2.2 приведены различные резистивные датчики.

Таблица 2.2

Резистивные датчики

Как видно из таблицы, первые три позиции имеют малый диапазон измерения сопротивления, следовательно, при использовании этих датчиков особенно необходимо очень точно отслеживать малейшие изменения сопротивления.

Обычная схема подключение резистивного датчика приведена на рис. 2.2.

V_out= I R( R+∆)

Рис. 2.2. Резистивный датчик

Следует заметить, что при данном включении необходимо учитывать нелинейность как самого датчика, возникающую при его самонагреве, так и возможную нестабильность работы источника тока. Для избежания этих искажений рекомендуется использовать источник тока малой величины.

Более сложными, но более информативными и распространенными схемами включения резистивных датчиков являются различные мостовые схемы, например мост Уитстона (рис. 2.3).

R1 − R2

Vout= R R1R+1 4Vв − R R2R+2 3Vв = 1+ RRR R141+3 RR32 Vв

 4 

V₀ ⁼ 0,если R RR¹₄ = R₃²

Рис. 2.3. Мост Уитстона

Если плечи моста равны (R₁/R₄ = R₂/R₃),то такой мост называют сбалансированным (нулевым).

Пусть R₁– датчик, определим R₂/R₃ = K,при этом будем механически вводить мост в нулевое положение при помощи подстроечного резистора R₄, который имеет шкалу (например, реостат), таким образом получим систему управления/подстойки параметров датчика R₁.Такую систему можно использовать, например, для определения уровня поднятия заслонки при подаче жидкостей через электромеханический вентиль.

В мостовых схемах можно применять более одного датчика и определять их сопротивление по напряжению диагонали моста (рис. 2.4). Как указывалось выше, следует учитывать, что относительное изменение выходного напряжения такого моста будет достаточно невелико (десятки милливольт при V_в = 10 В).

Чувствительность моста – это отношение максимально ожидаемого изменения выходного напряжения (выхода) к напряжению возбуждения (возбуждению). Так, если максимальный выход составляет 10 мВ, а возбуждение 10 В, то чувствительность равна 1 мВ/В.

   

 2   2 

Рис. 2.4. Конфигурации мостов (возбуждение напряжением)

Если мост располагается достаточно далеко от системы принятия сигнала, то за счет сопротивления связывающих их проводником могут возникнуть дополнительные искажения. В этом случае мосты лучше питать не постоянным напряжением, а током (рис. 2.5), тогда нелинейным будет только четверть моста.

В качестве схемы усиления выходных сигналов моста рассмотрим схему, предложенную на рис. 2.6. Усиление сигнала происходит операционным усилителем (ОУ). Такая схема требует использования высокоточных резисторов R_F для обеспечения высокого коэффициента ослабления синфазной составляющей сигнала (КОСС). Выход схемы не линеен. Однако она достаточно проста и в ней применен однополярный источник питания.

 

I R_в ∆R∆R  I2_в ∆R I2_в ∆R I_в∆R

4 _R _{+ }  4 

Рис. 2.5. Конфигурации мостов (возбуждение током)

 

Vout⁼ V4^в _R ₊∆R_∆R _

 2 

Рис. 2.6. Усиление выходного сигнала выхода четвертьмостового датчика

Vout= −Vв∆2RR

Рис. 2.7. Линеаризация четвертьмостового датчика

В качестве схемы линеаризации выходного сигнала рассмотрим схему, представленную на рис. 2.7. Здесь операционный усилитель принудительно устанавливает нуль в измерительной диагонали путем подачи компенсирующего напряжения обратной полярности в измеряющее плечо моста. При этом амплитуда выходного сигнала мостового датчика в два раза больше, чем при стандартном включении, и сигнал линеен даже при большом изменении величины чувствительного элемента (∆R). Однако в данной схеме используется двухполярный источник питания.