Kako pojačati izlaz mjerača naprezanja?

Mjerači naprezanja ključni su senzori koji se koriste u širokom rasponu industrija, od zrakoplovne i automobilske do niskogradnje i ispitivanja materijala. Ovi uređaji mjere mehaničko naprezanje otkrivajući promjene u električnom otporu, dajući vrijedne podatke za nadzorne i upravljačke sustave. Međutim, izlazni signal mjerača naprezanja često je vrlo malen i zahtijeva pojačanje da bi bio koristan u praktičnim primjenama. U ovom postu na blogu podijelit ću neke učinkovite metode za pojačavanje izlaza mjerača naprezanja, oslanjajući se na svoje iskustvo kao dobavljača mjerača naprezanja.

Razumijevanje osnova izlaza mjerača naprezanja

Prije upuštanja u tehnike pojačanja, ključno je razumjeti prirodu izlaza mjerača naprezanja. Mjerač naprezanja obično ima otpor koji se mijenja proporcionalno primijenjenom naprezanju. Promjena otpora obično je vrlo mala, često reda veličine nekoliko ohma ili manje. Ova mala promjena otpora rezultira odgovarajućom malom promjenom napona na mjeraču naprezanja kada je dio strujnog kruga.

Izlazni napon mjerača naprezanja može se izračunati pomoću sljedeće formule:
[ \Delta V = \frac{V_{exc} \cdot G \cdot \epsilon}{4} ]
Gdje:

• (\Delta V) je promjena izlaznog napona
• (V_{exc}) je pobudni napon primijenjen na most mjerača naprezanja
• (G) je faktor mjerenja mjerača naprezanja
• (\epsilon) je primijenjena napetost

Kao što možete vidjeti iz formule, izlazni napon izravno je proporcionalan pobudnom naponu, faktoru mjerenja i primijenjenom naprezanju. Međutim, čak i s relativno visokim pobudnim naponom i velikim faktorom promjera, izlazni napon još uvijek može biti prilično mali, posebno za mala naprezanja.

Konfiguracije mosta za pojačanje

Jedan od najčešćih načina za povećanje snage mjerača naprezanja je korištenje konfiguracije mosta. Wheatstoneov most je najčešće korišteni mostni krug za primjene mjerača naprezanja. Sastoji se od četiri otporna elementa, pri čemu je mjerač naprezanja jedan ili više tih elemenata.

Konfiguracija četvrtastog mosta

U konfiguraciji četvrtine mosta, samo jedan od četiri otpornika u Wheatstoneovom mostu je mjerač naprezanja. Ostala tri otpornika su fiksni otpornici. Ova konfiguracija je jednostavna i ekonomična, ali pruža najniži učinak u usporedbi s ostalim konfiguracijama mostova.

Konfiguracija polumosta

Konfiguracija polumosta koristi dva mjerača naprezanja. To se može urediti na različite načine, ovisno o primjeni. Na primjer, jedan mjerač naprezanja može se koristiti za mjerenje naprezanja, dok se drugi može koristiti kao mjerač temperaturne kompenzacije. Konfiguracija pola mosta daje veći učinak od konfiguracije četvrtine mosta.

Mjerač naprezanja punog mosta

Konfiguracija punog mosta koristi četiri mjerača naprezanja. Ova konfiguracija pruža najveći učinak i najosjetljivija je na naprezanje. Također nudi najbolju temperaturnu kompenzaciju. U punoj konfiguraciji mosta, sva četiri otpornika u Wheatstoneovom mostu su mjerači naprezanja. To omogućuje maksimalno iskorištavanje promjena otpora izazvanih naprezanjem i rezultira znatno većim izlaznim naponom u usporedbi s konfiguracijama četvrtine i pola mosta.

Pojačala za kondicioniranje signala

Nakon što je mjerač naprezanja konfiguriran u premosnom krugu, sljedeći korak je pojačanje izlaznog signala. Pojačala za kondicioniranje signala posebno su dizajnirana za pojačavanje malih izlaznih signala iz mjerača naprezanja i drugih senzora. Ova pojačala obično imaju visoku ulaznu impedanciju kako bi se smanjio učinak opterećenja na mostu mjerača naprezanja i nizak šum kako bi se osiguralo točno pojačanje signala.

Instrumentacijska pojačala

Instrumentacijska pojačala su popularan izbor za pojačavanje signala mjerača naprezanja. Dizajnirani su da daju visoko pojačanje, visok omjer odbijanja uobičajenog načina (CMRR) i nizak napon pomaka. Visoki CMRR posebno je važan u primjenama mjerača naprezanja jer pomaže u odbijanju bilo kakvog uobičajenog šuma koji može biti prisutan u ulaznom signalu.

Operacijska pojačala

Operacijska pojačala (operacijska pojačala) također se mogu koristiti za pojačavanje signala mjerača naprezanja. Iako su op-pojačala pojačala opće namjene, mogu se konfigurirati na različite načine kako bi se postiglo željeno pojačanje. Međutim, u usporedbi s instrumentacijskim pojačalima, operacijska pojačala mogu imati niži CMRR i viši napon pomaka, što može utjecati na točnost pojačanog signala.

Optimizacija pobudnog napona

Pobudni napon primijenjen na most mjerača naprezanja također igra presudnu ulogu u određivanju izlaznog napona. Povećanje pobudnog napona može izravno povećati izlazni napon mjerača naprezanja, prema ranije spomenutoj formuli. Međutim, postoje neka ograničenja za povećanje pobudnog napona.

Rasipanje snage

Jedno od glavnih ograničenja je rasipanje snage. S povećanjem pobudnog napona raste i snaga koju rasipa mjerač naprezanja. To može dovesti do pregrijavanja mjerača naprezanja, što može utjecati na njegovu točnost i pouzdanost. Stoga je važno odabrati napon pobude koji je unutar nazivne snage mjerača naprezanja.

Buka i smetnje

Drugo razmatranje su buka i smetnje. Viši pobudni napon također može povećati osjetljivost mjerača naprezanja na električni šum i smetnje. To može rezultirati smanjenim omjerom signala i šuma (SNR), što može utjecati na točnost mjerenja. Stoga je važno uravnotežiti potrebu za visokim pobudnim naponom s potrebom za minimiziranjem buke i smetnji.

Temperaturna kompenzacija

Promjene temperature mogu imati značajan utjecaj na izlaz mjerača naprezanja. Kako se temperatura mijenja, otpor mjerača naprezanja može se promijeniti, čak i u odsutnosti bilo kakvog naprezanja. To može dovesti do pogrešaka u mjerenju. Stoga je temperaturna kompenzacija važan aspekt pojačanja mjerača naprezanja.

Aktivna temperaturna kompenzacija

Aktivna temperaturna kompenzacija uključuje korištenje dodatnih senzora ili krugova za mjerenje temperature i prilagođavanje izlaza mjerača naprezanja u skladu s tim. Na primjer, termistor se može koristiti za mjerenje temperature, a izlaz mjerača naprezanja može se prilagoditi na temelju očitanja temperature.

Pasivna temperaturna kompenzacija

Pasivna temperaturna kompenzacija može se postići pomoću konfiguracija mostova. Na primjer, u konfiguraciji polumosta ili punog mosta, jedan ili više mjerača naprezanja mogu se koristiti kao mjerači temperaturne kompenzacije. Ova mjerila postavljena su na takav način da na njih utječu iste promjene temperature kao i na mjerni mjerač naprezanja, ali ne i na primijenjeno naprezanje. To pomaže da se ponište promjene otpora izazvane temperaturom u mjernom mjeraču naprezanja.

Filtriranje signala

Osim pojačanja, filtriranje signala također je važno za poboljšanje kvalitete izlaza mjerača naprezanja. Šum i smetnje mogu se unijeti u signal iz različitih izvora, kao što su elektromagnetske smetnje (EMI), šum napajanja i mehaničke vibracije.

Niskopropusni filtri

Niskopropusni filtri se obično koriste za uklanjanje visokofrekventnog šuma iz signala mjerača naprezanja. Ovi filteri dopuštaju prolazak niskofrekventnih signala (uključujući signal izazvan naprezanjem) dok prigušuju visokofrekventni šum.

Visokopropusni filtri

Visokopropusni filtri mogu se koristiti za uklanjanje niskofrekventnog šuma, kao što su DC pomaci i spori drift. Ovi filtri propuštaju visokofrekventne signale dok prigušuju niskofrekventne signale.

Zaključak

Pojačavanje izlaza mjerača naprezanja kritičan je korak u mnogim primjenama. Korištenjem odgovarajućih konfiguracija mostova, pojačala za kondicioniranje signala, optimizacijom pobudnog napona, implementacijom temperaturne kompenzacije i primjenom filtriranja signala, moguće je značajno povećati izlaz mjerača naprezanja i poboljšati točnost mjerenja.

Kao dobavljač mjerača naprezanja, razumijem važnost pružanja visokokvalitetnih mjerača naprezanja i potrebne podrške za pojačanje i kondicioniranje signala. Ako tražite mjerače naprezanja ili trebate savjet o tome kako pojačati njihov izlaz, potičem vas da me kontaktirate radi detaljne rasprave. Možemo raditi zajedno kako bismo pronašli najbolje rješenje za vašu specifičnu primjenu.

Reference

• Doebelin, EO (2003). Mjerni sustavi: primjena i dizajn. McGraw-Hill.
• Grupa Kistler. (2021). Tehnologija mjerača naprezanja. Preuzeto s [URL web stranice]
• Omega inženjering. (2021). Priručnik za mjerenje naprezanja. Preuzeto s [URL web stranice]