1.5. Мостовые схемы включения датчиков

Для изменения характеристик датчиков они могут включаться в состав устройств предварительной обработки сигналов. Например, требуется получить реверсивную характеристику датчика с нереверсивным чувствительным элементом. Чаще всего такие устройства имеют мостовую схему. Свойства мостовых схем рассмотрим на примере резистивных датчиков, у которых входное воздействие изменяет сопротивление резисторов. На рис. 1.6 изображена мостовая схема, в плечи которых включены резисторы R₁…R₄. На одну диагональ моста подаётся напряжение V_П. Выходное напряжение V_О снимается с другой диагонали.

Рис. 1.6

.

Если R₁/R₄ = R₂/R₃, то V_О=0. Такое состояние моста называют сбалансированным. Обычно для балансировки моста выбирают R₁=R₂=R₃=R₄=R. Если некоторые резисторы – чувствительные элементы, т.е. их сопротивление (RΔR) изменяется под действием внешних воздействий. Баланс моста нарушается и по величине выходного напряжения V_О можно судить о величине этого воздействия.

На рис. 1.7 приведены варианты измерительных мостов.

Рис. 1.7

Выходное напряжение в схеме рис.1.7а

.

Мостовая схема вносит дополнительную нелинейность. Определим отклонение реальной характеристики от линейной

.

Учитывая, что ΔR<<R, оценим величину нелинейности

.

Для схемы рис.1.7б определим функцию преобразования и нелинейность, как

;

.

В сравнении с предыдущей схемой, получаем удвоенный коэффициент передачи при такой же нелинейности.

Для построения схем рис. 1.7в и рис. 1.7г чувствительные элементы имеют передаточные коэффициенты с разными знаками. Выходные сигналы в схемах рис. 1.7в, г соответственно определяются выражениями

Очевидно, что дополнительной нелинейности эти схемы не вносят.

Глава 2. Резистивные датчики

Под влиянием внешнего воздействия в резистивных датчиках изменяется электрическое сопротивление. Измеряя величину сопротивления, по известной функциональной зависимости между сопротивлением и внешним воздействием, можно определить величину этого воздействия.

Из большого разнообразия резистивных датчиков можно выделить:

• Датчики механического перемещения,

• Терморезистивные датчики,

• Тензорезистивные датчики,

• Фоторезистивные датчики светового луча,

• Фоторезистивные датчики интенсивности светового излучения.

2.1 Датчики механического перемещения

Конструктивно датчики механического перемещения представляют собой проволочные или плёночные потенциометры. Потенциометр представляет собой диэлектрическое основание удлинённой формы, на которое наносится материал с большим удельным сопротивлением ρ. На противоположных концах основания формируются концевые электрические выводы. Если один из концевых выводов принять за опорный, то сопротивление резистивной поверхности будет изменяться с расстоянием х между этим выводом и данной точкой поверхности:

. (2.1)

Вдоль основания с резистивным покрытием может перемещаться скользящий контакт. Сопротивление между контактом и опорным выводом определяется формулой (2.1). Пример преобразователя перемещения в электрическое сопротивление показан на рис. 2.1.

Рис. 2.1

На рис.2.1 входное воздействие –угловое перемещение подвижного контакта относительно опорного вывода. В общем случае функция f(x) нелинейна из-за неоднородности резистивного слоя. Но нелинейность может быть сформирована специально путём профилирования диэлектрического основания (рис. 2.2).

Рис. 2.2