КонтроллВахенд а Техника (КВТ) ОЮ
Эксклюзивный представитель
Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Германия
Филиал в г.Москве
+7 (495) 226-64-31
+7 (495) 226-64-32


Статьи

05.12.2017

Компенсация сопротивления соединительных проводов


Компенсация сопротивления соединительных проводов

Измерительные точки, например, на строительных конструкциях или крыльях воздушных судов, часто расположены на больших расстояниях от измерительных приборов. Для подключения измерительных точек к усилителям, расположенным вдали от них, требуются большие длины соединительных проводов.

Недостаток такой измерительной системы: сопротивление провода в кабеле может составлять несколько Ом и отрицательно влияет на качество измерений. В частности, электрическое сопротивление в кабеле изменяется под воздействием температурных колебаний, все это приводит к отрицательным воздействиям на результаты измерений.

Для соединительных проводов, которые находятся рядом с тензодатчиками (SG) в одном и том же рычаге моста, температурный отклик, вызванный нагревом кабеля, рассчитывается следующим образом:

f1.jpg
f1-1.jpg
amk.jpg= температурная характеристика измерительной точки вследствие нагрева кабеля
ak.jpg = температурный коэффициент материала токопроводящей жилы кабеля
f2.jpg
f3.jpg

Q = проводимость материала

Пример:

Медный провод длиной 1 м (по 0,5 м для подачи питания и обратной связи) с поперечным сечением 0,15 мм2 последовательно соединенным с тензорезистором на 120 Ом вызывает температурный отклик 20 мкм/м при изменении температуры на 10К. При прочих равных условиях температурный отклик тензорезистора на 350 Ом составляет всего 7 мкм/м.

Сопротивление соединительных проводов можно компенсировать с помощью различных типов тензорезисторов В этой статье представлены три типа схем, основанных на мостовой схеме Уитстона, объясняющей их преимущества и недостатки.

2-проводная схема

При 2-проводной схеме подключения тензорезисторы и усилитель подключаются через два провода (см. Рис.1). Схема показывает, что сопротивление кабеля добавляется дважды (подача питания и обратная связь) к сопротивлению тензорезистора.

Это влияет как на нулевую точку моста, так и на его чувствительность. Даже с кабелями длиной в несколько сантиметров необходимо учитывать сопротивление кабеля. 2-проводная схема особенно чувствительна к изменению температуры во время измерения, так как изменение сопротивления одновременно влияет на измеренное значение.

Температурная стабильность 2-проводной цепи была протестирована с использованием тензорезисторов и мостового усилителя QuantumX MX1615 .

s1.jpg

Результат испытания: Результат измерения, полученный с использованием 2- проводной схемы, не имеет значения. Изменение сопротивления кабеля под воздействием увеличения температуры полностью влияет на результат измерения.

s2.jpg

Асимметричные изменения сопротивления в цепи тензорезисторов также приводят к ошибкам измерения. Изменения сопротивления не корректируются.

sg-connection-3-wire-config.jpg
Рис. 1: Подключение тензорезисторов в 2-проводной схеме

Регулируемая 3-проводная схема

В случае 3-проводной схемы (Рис. 2) дополнительный контакт подключается к одной из точек измерительного сопротивления, что приводит к появлению второй измерительной цепи, которая используется в качестве эталонной. Регулируемая 3- проводная схема измеряет напряжение по верхнему сопротивлению кабеля и увеличивает напряжение питания на удвоенное измеренное значение. В результате напряжение на тензорезисторе идентично, как с использованием, так и без кабеля, то есть кабель не влияет на чувствительность.

Регулируемая 3-проводная схема требует, чтобы два токопроводящих провода имели одинаковое сопротивление, так как напряжение измеряется только на одном выводе , однако двойное значение применяется для коррекции. Следовательно, с кабелем с четырьмя проводами было бы совершенно неправильно подключать два провода параллельно, чтобы уменьшить сопротивление кабеля. Это приведет к значительной ошибке нуля. С другой стороны, с розетками и цепочками тензорезисторов важно убедиться, что резистор RKab1 соответствует всем резисторам RKab2,

подключенным параллельно.

screenshot-5.jpg

Наше испытание также демонстрирует: изменения сопротивления корректируются только в одном кабеле. Асимметричные изменения сопротивления, например, помехи в точках контакта, полностью влияют на результат измерения. Симметричные изменения сопротивления, например, температурные колебания во время

измерения, компенсируются измерительным проводом.

sg-connection-using-kreuzer-circuit.jpg
Рис. 2: Подключение тензорезисторов в 3-проводной схеме

Регулируемая 4-проводная схема

Только 4-проводная схема или запатентованная компанией HBM цепь Кройцера позволяют компенсировать различные сопротивления кабелей. Электрический ток протекает через резистор через два провода. Падение напряжение на резисторе RKab1 можно откорректировать (при высоком импедансе) с помощью двух дополнительных проводов.

Схема Кройцера измеряет напряжение на резисторе RKab2 и добавляет его к источнику питания. Напряжение, а также ток с помощью дополняющего резистора Rerg являются независимыми от сопротивления кабеля. Погрешность точки нуля и чувствительности, возникающие вследствие влияния кабеля, компенсируются электронными средствами.

screenshot-6.jpg

Примечание: на трех графиках показаны тензометрические измерения с использованием 2-, 3- и 4-проводных схем. На первый взгляд кажется, что все три метода обеспечивают одинаковую стабильность. Но, тем не менее, мы видим скачки на графиках для 2- и 3-проводной схемы; с 4-проводной схемой график остается стабильным.

Наши испытания подтверждают: запатентованная схема Кройцера позволяет получать высокоточные результаты измерений благодаря:

  • высокой температурной стабильности
  • и коррекции изменений сопротивления в обоих соединительных проводах.

Асимметричные изменения сопротивления, например, в разъемах и симметричные изменения сопротивления, например, вызванные изменением температуры, корректируются и не влияют на результат измерения.

sh1.jpg
Рис. 3: Подключение тензорезистора с использованием запатентованной компанией HBM схемы Кройцера

По материалам публикаций компании НВМ

mark.jpg
Продолжение статьи в прилагаемом pdf файле