П’єзо резонансні датчики

П’єзо резонансні датчики спочатку називалися вимірювальні перетворювачі, в яких роль чутливого елементу виконував п’єзо електричний резонатор. Це визначення у середині 70-х років можна було вважати достатньо вичерпним, оскільки п’єзо резонатори на об'ємних акустичних хвилях були практично єдиним різновидом п’єзо приборів, що застосовувалися в датчиках резонансного типу.

Останніми роками ситуація істотно змінилася : у практику все ширше стали входити різні типи резонансних п’єзо приборів - фільтрів, резонаторів, ліній затримок і інших в яких використовуються поверхневі акустичні хвилі і при поверхнісні хвилі. Ці перетворювачі почали набувати поширення і в датчиках .

У зв'язку з цим п’єзо резонансними датчиками називають вимірювальними перетворювачами, в яких роль чутливого елементу виконує п’єзо електричний резонатор або п’єзо перетворювач, що володіє резонансними електричними властивостями.

На відміну від традиційних п’єзо датчиков генераторного типу, працюючих на основі прямого п'єзоефекту, п’єзо резонансні є датчиками параметричного типу, в яких перетворення вхідної дії здійснюється в результаті модуляції параметрів п’єзо резонатора.

П’єзо резонансні датчики - один з найбільш універсальних типів первинних вимірювальних перетворювачів.

Основні методи управління параметрами п’єзо резонатора:

· Управління частотою.

· Управління комплексним опором.

· Управління фазою.

Класифікація п’єзо резонансних датчиків на групи.

1. П’єзо резонансні датчики на основі чутливості до полів різної фізичної природи - механічним, тепловим, електромагнітним, оптичним і т . п .

серед них найпоширенішими є наступні групи датчиків:

а) на основі тензо чутливих п’єзо резонаторов, в яких вимірювана дія прямо або побічно створює в п’єзо елементи механічні деформації.

б) на основі термо чутливих п’єзо резонаторов, в яких вимірюваний параметр прямо або побічно впливає на середню температуру п’єзо елементу.

в) на основі п’єзо резонаторів, чутливих до акустичного навантаження , комплексному опору .В цих пристроях вимірюваний параметр модулює умови випромінювання ультразвуку з колевальних поверхонь п’єзо елементу.

г) на основі масс - чутливих п'єзоелектричних резонаторів, використовуючи залежність параметрів від маси речовини, приєднаної поверхнею п’єзо елемента.

2. П’єзо резонансні датчики на основі чутливості до варіацій геометрії приладу, в яких еквівалентні параметри резонаторів міняються при взаємному зсуві елементів конструкції п'єзоелектричного резонатора, наприклад при зміні зазору між електродом і вібратором.

3. П’єзо резонансні датчики на основі гіро чутливих п’єзо перетворювачів.

У цих пристроях вимірюваною дією є частота обертання п’єзо вібратора навколо осі, перпендикулярної до площини резонансних коливань.

1.П’єзо електричний резонатор

- це різновид перетворювачів електромеханічного типу. Основа п’єзо резонатора - механічний вібратор з кристалічного або полікристалічного п'єзоелектричного матеріалу, виконуваної звично у вигляді елементу правильної форми (прямокутні пластини, диска, стрижня і т.п.). На вібратор (п’єзо - елемент) наноситься система з двох або більш електродів, використовуваних для збудження в ньому механічних коливань. Для з'єднання з джерелом електричної енергії з п’єзо резонатор забезпечується струмо проводами, а для фіксації в приєднаної конструкції - елементами кріплення .

У основі роботи п'єзоелектричного резонатора лежить п’єзо ефект, обеспечивающий перетворення вхідної електричної напруги, що підводиться до електродів, в механічну напругу в тілі вібратора

(зворотний п'єзоефект), і у відповідь реакцію по виходу у вигляді зарядів на електродах, що виникають в результаті деформацій вібратора під дією механічних напруг (прямий п’єзо ефект).

Оборотність п'єзоелектричних перетворювачів дозволяє виконати елемент у вигляді двополюсника, об’єднуючої системи електричного збудження механічних коливань і знімання електричного сигналу, пропорційного їх амплітуді.

Основні різновиди п’єзо резонаторів.

Е

Е Е ПЕ

ПЕ ПЕ

Е В

б) в)

а)

На мал. а і б - найпоширеніший тип п’єзо резонаторов - електроди збудження Э нанесені безпосередньо на вібратор В, виконаний з однорідного по складу п’єзо активного матеріалу моно кристала або кераміки.

На мал. в - складові п’єзо резонатору - конструктивно виконуються в єдиний елемент не п'єзоелектричного вібратора і п'єзоелектричного збудника коливань.

Фізичні властивості п'єзоелектричних резонаторів

Під термо чутливістю п'єзоелектричного резонатора розуміється звичайно залежність його резонансної частоти від температури. Кількісно термо чутливість прийнято оцінювати через коефіцієнт термо чутливості Сt, визначений при фіксованій температурі to чисельно рівний похідною від частоти f по температурі:

Сt = d f / dt

t=to

Тензо чутливістю п'єзоелектричного резонатора називають залежність його резонансної частоти від механічних напруг, створюваних в п’єзо елементі під дією зусиль або деформацій. Коефіцієнт сило чутливості :

КF = df / f dF .

Коефіцієнт перетворення сили в частоту:

SF=df / d F = KF f ;

КS= df / f dS

Коефіцієнт перетворення деформації в частоту:

Ss=df/dS= KS f

Під мас - чутливістю розуміється залежність частоти fр п'єзоелектричного резонатора від значення приєднуваної до його поверхні маси m речовини.

D f / f p = - Dm / M,

где: М - маса п'єзо елемента;

Dm - приріст маси, Dm = D h rk S,

Dh- резонансний розмір п’єзо елементу;

rk - густина п’єзо матеріалу ;

S- поверхня п’єзо елементу, нормальна до резонансного напряму;

fр= n / 2 h,

n - швидкість пружної хвилі;

h- резонансний розмір.

Акосто чутливістю називають властивість п’єзо резонаторsв змінювати свої параметри ( добротність, частоту) при змінах акустичного комплексного опору Zа середовища, що оточує п’єзо резонатор. Значення Zа визначає механічне навантаження, створюване на поверхні коливаючого вібратора. Акустичні властивості середовища, що контактує з п’єзо резонатором, прийнято характеризувати комплексним опором, що містить активну Ra і реактивну Ха складові:

Za= Ra+jXa; j = Ö -1.

Електронні схеми п’єзо резонансних датчиків.

Збудження керованого п’єзо резонатора у вимірювальних перетворювачах може здійснюватися в режимах автоколивань , вимушених коливань і вільних коливань .

У автоколивальному режимі (мал. а ) п’єзо резонатор використовується як частотно задаючого елемент замкнутої системи, що містить підсилювач У.

У Вих fo

ПР

ГВ Вих

ПР

R

а)

б)

Режим автоколивань підтримується в схемі на частоті, близькій до частоти робочого резонатора . Вимірювана дія модулює власну частоту або втрати, що приводить до частотної або амплітудної модуляції несучою на виході автогенератора.

У режимі вимушених коливань збудження п’єзо резонатора здійснюється від незалежного генератора ГВ. При роботі генератора ГВ на фіксованій частоті fo через п’єзо резонатор протікає струм, амплітуда і фаза якого визначаються провідністю п’єзо резонатора і амплітудою сигналу генератора. Вимірювана дія , змінюючи частоту п’єзо резонатора і

(або) моделюючи втрати резонатора, викликаючи амплітудну і фазову модуляції напруги Uвих на виході схеми.

Амплітудно-частотні характеристики не обуреного п’єзо резонатора (крива 1) і при перебудові частоти (крива 2) приведені на рис. в.

½Z½пр 1 2

½Z½1

½Z½2

fr fo fa f

в)

У іншому варіанті пристрою, що використовує режим вимушених коливань, керований генератор збудження УГВ виконується перебудованим по частоті мал. г .

УВГ У К

ПР

БУ ИУ Вих

R ПР

г) ИУ

Вих

д)

Управління частотою здійснюється блоком БУ, який автоматично усуває розлад, внесений вимірювальною дією. Блок настройки може працювати за принципом розгортаючого перетворювача або за принципом стежачої системи, а підстроювання може вестися по амплітуді або по фазі струму через резонатор. В мить, коли настройка виконана, включається вимірювальний пристрій ІУ (вимірник частоти, струму і т.д.), свідчення якого однозначне зв’язане з вимірюваною дією.

У режимі вільних коливань (мал. д) вимірювання параметрів пере будовуваного п’єзо резонатора виробляється через деякий час після того, як резонатор відключається ключем К від підсилювача У, що порушив в ньому резонансні коливання; схема вимірювання фіксує або частоту вільних коливань п’єзо резонатора, або швидкість загасання цих коливань залежно від того, чи використовується управління п’єзо резонатором по частоті або добротності. Цей режим порівняно рідко застосовується в п’єзо резонансних датчиках.

Кварцові термометри

Кварцові датчики температури є авто генераторними перетворювачами з частотним виходом і будуються як на основі п’єзо резонаторах з лінійною температурно-частотною характеристикою, так і на основі п’єзо резонаторів з нелінійною температурно-частотною характеристикою.

Найбільш поширені авто генераторна схема з одним резонатором і диференціальна схема двох резонатора з формуванням сигналу різницевої частоти. У першому випадку один резонатор - термо чутливий, а другий - опорний.

а)

в)

б)

Тут : АГИ - вимірювальний автогенератор;

АГо - опорний генератор;

ОР - опорний резистор;

ТЧР - термо чутливий резонатор;

АГ-автогенератор

У схемі на рис. а висновок частотного сигналу здійснюється безпосередньо на робочій частоті резонатора . Якщо у разі низькочастотних термо чутливих елементів камертонів передача цього сигналу на великі відстані особливих проблем не викликає, то при використовуванні високочастотних термо чутливих елементів, що працюють в діапазоні 5-30 Мгц, необхідне застосування коаксіальних ліній зв'язку і буферних підсилювачів ВЧ.

У диференціальній схемі рис. б формується різницевою сигнал, частота якого звичайно лежить в межах 50-100 кГц, що спрощує його передачу в пристрій обробки.

Винесення в робочу зону одно вчасно і термо чутливого і опорного резисторів (рис. в) веде до подовження лінії зв'язку чутливого елементу і електронної схеми датчика. Схема застосовується дуже рідко.

Прилад забезпечує вимірювання температур Т1 і Т2, визначення їх різниці DТ=Т1-Т2 і відлік результатів вимірювань безпосередньо в градусах Цельсія або Фаренгейта.

Вимірювання може проводитися з дозволом 10^-2, 10^-3, 10^-4°С, що забезпечується відповідним збільшенням часу вимірювання від 0,1 с при дозволі 10^-2°С до 10 с при дозволі 10^-4°С. Якщо застосовується один датчик, то на вхід змішувача См замість сигналу від другого термо датчика подається частота 28 Мгц, сформована з опорної частоти 2,8 Мгц шляхом її множення на 10. Термо датчик і автогенератор розміщуються що герметизується в виносному пробнику, що витримує тиск до 20 Мпа, і з'єднуються з цифровим приладом коаксіальним дротом завдовжки до 3 км.

ТЧР1, ТЧР2 – термо чутливих резистори; АГ1,АГ2 – вимірювальні генератори;

АГ0 –автогенератор опорної частоти 2,8 Мгц; ПРІ – перемикач вибору режиму вимірювань;

ДЧ – дільник частоти; ФВИ – формувач тимчасових інтервалів; См – змішувач;

ІЗР – вимірник знака різниці температури Т11-Т22 (при Т2-Т0)

Між генератором і термо чутливим резонатором використовується на пів хвильовий відрізок радіочастотного кабелю, що забезпечує узгодження опорів на частоті 28 Мгц. Генератор вносить погрішність у вимірювання температури не більше 2,10^-3°С при змінах навколишньої температури на 1°С.

П’єзо резонансні перетворювачі зусиль

Робота п’єзо резонансних датчиків механічних величин ґрунтується на перетворенні вимірюваної дії в зусилля або деформації сило чутливого резонатора і вимірюваннях частоти п’єзо резонатора або їх приростів. Нерідко в цих датчиках в ланцюжок перетворення вводяться додатково пружні елементи. Існують дві групи п’єзо резонансних перетворювачів зусиль в частоту:

а) динамічні перетворювачі, в яких корисні зусилля Fp, що приводяться на резонатор, менше зусиль, що подаються на перетворювач F п ( F p< Fп );

б) перетворювачі малих зусиль, для яких Fp>Fп.

Основні різновиди конструкцій динамометричних перетворювачів з пружними елементами приведені на мал. Проста конструкція (мал. а ) містить одинарний п’єзо резонатор, включений паралель пружному елементу УЕ.

В схеме преобразователя дифференциального типа (рис. б) сжатие упругого элемента УЕ приводит к деформациям двух идентичных резонаторов с противоположными знаками, в результате чего изменяется их разностная частота.

F

F F СО

УЕ ПР ПР СО

ПР

УЕ

F СО

a) б) в)

Мал. Конструкції п’єзо резонансних динамічних перетворювачів :

ПР - резонатор, УЕ- пружний елемент, СО - крізний отвір.

П’єзо резонансні датчики тиску

У конструкцію перетворювачів тиску, як правило, входять вузол пружного перетворення тиску і зусилля (деформації) і сполучений з ним сило (тензо) чутливий елемент. Як пружні перетворювачі найчастіше використовуються сильфони і мембрани. Всі конструкції можна розділити на дві групи:

комбіновані датчики з металевими пружними перетворювачами;

датчики з барочувствітельнимі елементами, виконуваними повністю з п’єзо крісталічного матеріалу, звично з п’єзо кварца.

Окрім вказаних різновидів існує нечисленна група контактних перетворювачів для вимірювання тиску в газових середовищах , для яких характерний прямий контакт сило чутливих резонаторів з середовищем, без застосування розв'язуючих пружних перетворювачів. Ці датчики знаходять застосування в експериментальних дослідженнях.

М ЖЦ К

ПР

а) б)

Мал. П’єзо резонансні датчики тиску з металевими пружними елементами.

М-мембрана, До -корпус, УЕ- пружний елемент, ЖЦ - жорсткий центр.

Узгодження датчиків з машинами централізованого контролю і управляючими обчислювальними машинами

Машинами централізованого контролю і управляючими обчислювальними машинами (МЦК) називаються пристрої, що здійснюють збір інформації від датчиків технологічних параметрів і виконуючі логічну і математичну обробку отриманої інформації. Результати роботи цих машин використовуються для аналізу і управління технологічним процесом.

До числа функцій, виконуваних МЦК, відносяться аналого-цифрове перетворень значень параметрів, що виміряються, і виявлення їх відхилень від заданих рівнів з видачею сигналів на позиційне регулювання і сигналізацію. Результати аналого-цифрового перетворення використовуються для цифрової реєстрації, вимірювання по виклику і введення даних в ЕОМ. Управляючі ЕОМ виконують як перераховані вище функції, так і цілий ряд логічних і математичних операцій.

Джерелами інформації про величини контрольованих параметрів є датчики. Інформація від датчиків поступає у вигляді сигналів у вхідні пристрої машин. Залежно від електричного носія інформації сигнали датчика можуть бути електричними, пневматичними, гідравлічними і т.п.

Залежно від способу отримання енергії, що йде на формування сигналу датчики діляться на генераторні і параметричні.

Генераторні датчики виробляють сигнал безпосередньо за рахунок енергії контрольованої величини. Прикладами електричних генераторних датчиків можуть служити термопари, датчики електричних потенціалів (рН-метра), п'єзоелектричні датчики, трансформатори струму і напруги, вимірювальні шунти. Сигналом електричних параметричних датчиків є один з чотирьох параметрів електричного ланцюга: Омічний опорів, Ємкість, Індуктивність, Взаємна індуктивність.

Для вимірювання цього параметра до датчика повинна бути підведений енергія від допоміжного джерела. До числа параметричних датчиків відносяться реостатні, місткості, індуктивні, диферинційно - трансформаторні, феродинамічні датчики.

Особливу групу складають компенсаційні датчики, в яких більшість ланок охоплена негативними зворотними зв'язками, а власне датчик (звичайно параметричний) є однією з ланок пристрою.

За формою представлення інформації датчики можна розділити на безперервні і дискретні.

Безперервним електричним сигналом називається сигнал, значення електричного параметра якого є безперервною функцією величина, яка виражається цим сигналом. До числа цих електричних параметрів відносяться струм, напруга, частота, фаза.

Перелік уніфікованих електричних безперервних сигналів струму і напруг у відповідності з ГОСТ 9895 - приведені в табл.

Примітка. Значення в дужках розповсюджується тільки на прилади і пристрої, що модернізуються.

Пристрої узгодження реостатних датчиків з МЦК і ЕОМ.

Вимірювання сигналу реостатних датчиків може здійснюватися як на постійному струмі, так і на змінному струмі. Вибір характеру струму живлення визначається видом нормуючого пристрою і АЦП, відстанню між датчиком і нормуючим пристроєм або АЦП, необхідністю використовування трансформаторів, що погоджують.

Найпростіші схеми включення реостатних датчиків приведені нижче.

Рис. Потенціометр.

Використовування мостових схем

Найпростіша схема вимірювального моста представляє собою чотири резистора R1,R2,R3,R4, які живляться від джерела живлення U, включеного в діагональ а-b (див.рис.1).

Рис.1. Принципова схема моста.

В неврівноваженій мостовій схемі зміна опору ТС перетвориться в напругу або струм, які вимірюються аналоговим цифровим приладом. Для мостової схеми, представленої на рис.1, вихідна напруга рівно:

Uвих = [U(RtR3-R2R4)] / [Rд(Rt+R2+R3+R4)+(Rt+R2)(R3+R4)]

де: Rд- внутрішній або додатковий опір в ланцюзі джерела живлення.

Неврівноважений міст має нелінійну залежність вихідної напруги як від опору ТС, так і від температури, що виміряється. Живлення схеми необхідно здійснювати стабілізованою напругою.

У вимірювальну діагональ моста с-d включений вимірювальний прилад. Розрізняють рівноважний і не рівноважний режими роботи моста. При рівноважному режимі: Uc-d=0.

Він має місце при виконанні умови R1R3=R2R4.

Для забезпечення такого режиму один або декілька опорів роблять змінними, їм добиваються рівноваги схеми. В не рівноважному режимі вихідна напруга є функцією напруги живлення і опорів моста. Якщо замість одного резистора включити термоопір ТС, то його опір може бути визначений по відомих значеннях решти параметрів моста

Рис. Неврівноважений міст.

Рис. Урівноважений міст.

Вимірювальний канал з нормованим сигналом у вигляді механічного переміщення

Перетворення значення параметра, що виміряється, в кутку повороту валу здійснюється таким чином. Сигнал датчика врівноважується електричною схемою, яка містить реорхорд. Сигнал небалансу посилюється електронним підсилювачем і через реверсивний двигун повертає движок реохорда до встановлення балансу. В стані рівноваги кут повороту реохорда пропорційний сигналу, що виміряється. Зчленований з движком реохорда перетворювач кута повороту валу в цифровий код здійснює аналого-цифрове перетворення.

На рис.1 приведена схема потенціометра вимірювання ЕРС або напруги постійного або змінного струму.

Сигнал датчика Ех і напруга в діагоналі вхідного моста ВМ включені зустрічно, а різниця їх подана на електронний підсилювач У, який керує двигуном М. Останній обертає движок реохорда і вал цифрового перетворювача АЦП.

Вхідний міст живиться стабільною напругою U у випадках, коли сигнал датчика залежить тільки від параметра, що виміряється. Якщо сигнал датчика залежить від інших чинників, наприклад, від коливань напруги живлячої мережі, то і опорна напруга береться залежною однаковим чином від цього чинника.

Якщо початковому значенні параметра, що виміряється, відповідає нульовий сигнал датчика Ех, зсув нуля проводиться зміною співвідношень резисторів моста. Підсилювач У складається з модулятора контактного типу (віброперетворювача), вхідного трансформатора, підсилювача змінного струму і фазочутливого каскаду, що управляє двигуном. При вимірюванні сигналу змінного струму віброперетворювач відсутній. Міст містить стабільні резистори. Якщо вимірюється ЕРС термопари, один з резисторів (наприклад, Rm) виконується з мідного або нікелевого дроту для компенсації змін температури холодних спаїв.

При необхідності зміряти температуру за допомогою термоопору ТС використовують іншу схему. На рис.2 показана спрощена схема вимірювального урівноваженого моста. Міст живиться напругою змінного струму U. Вихідна напруга моста поступає на вхід підсилювача не рівноваги У, керівник роботою реверсивного двигуна РД., вал якого пов'язаний з движком реохорда, покажчиком шкали і пишучим органом самописця.

За наявності сигналу розбалансу двигун обертається, переміщаючи движок реохорда до тих пір, поки не наступить рівновага схеми. Переміщення движка пропорційно опору Rt і відповідності температури. Шкала моста градується по температурі.

Живлення моста змінним струмом підвищує стабільність роботи підсилювача і дозволяє використовувати без колекторні реверсивні двигуни змінного струму.

Опір дротів ліній зв'язку Rл1 і Rл3 включені в сусідні плечі моста і їх вплив на стан рівноваги значно зменшується. Опір лінії зв'язку Rл2, будучи включено в діагональ живлення, не впливає на рівновагу схеми. Умова рівноваги моста прийме вигляд:

( Rt + Rл3 +m Rекв) R2 = [R3 + (1-m) Rекв] (R1+ Rл1)

де: Rекв = Rр Rш/ Rр + Rш – еквівалентний опір реохорда;

m – відносне переміщення движка реохорда.

Рівняння шкали приладу:

m =[ R2 Rt-( R3+ Rекв) R1+ R2 Rл3- Rекв Rл1- R3 Rл1]/[ Rекв(R1+ R2 +R3)]

Рис.2 Схема автоматичного моста з трьох дротяною схемою включення ТС.

На рис.3. представлена схема автоматичного моста, лінеаризація шкали в якому здійснюється за допомогою додаткового реохорда.

Термоопір ТС включено в одне з плечей вхідного моста ВМ, який врівноважується реохордом. Для ліквідації впливу на точність вимірювання нестабільності опору дротів, що підводять, термометр підключений до моста по трьох дротяній схемі

Рис.3. Схема автоматичного моста з трьох дротяною схемою включення ТС і використовуванням реохорда.

Схеми узгодження диференціально-трансформаторних (ДТД) і феродинамічних датчиків (ФРД) з МЦК і ЕОМ.

Диференціально-трансформаторні і феродинамічні датчики широко використовуються у вимірювальних пристроях для перетворення механічного переміщення в електричний сигнал. Мірою вихідного сигналу цих датчиків є величина взаємної індуктивності.

Сигнал ДТД спільно з вторинним приладом вимірюється по нуль-балансній схемі, зображеній на рис.3.

Сигнал ДТД Дх, встановленого на манометрі або дифманометрі, компенсується сигналом ДТД До, який розташований у вторинному приладі.

Різниця сигналів вторинних обмоток подається на вхід підсилювача У, який управляє реверсивним двигуном М. Останній за допомогою лекала Лк переміщає сердечник ДТД До до встановлення рівноваги.

Обмотки збудження працюючого і компенсуючого ДТД включені послідовно і живляться від трансформатора Тр. Послідовне включення обмоток збудження забезпечує незалежність свідчень приладу від коливань живлячої напруги і температурних змін опорів обмоток і сполучних дротів.

Схема перетворення сигналу ДТД в кут повороту може здійснюватися за допомогою автокомпенсатора, схема якого приведена нижче.

Використовування мостів з лінійною залежністю вихідної напруги від опору ТС.

На рис.4. представлена схема, що дозволяє отримати лінійну залежність вихідної напруги від опору ТС, використовуючи операційний підсилювач.

Рис.4. Схема неврівноваженого моста з лінійною залежністю вихідної напруги від опору ТС.

Вихідна напруга моста визначається виразом:

Uвих = {[Uo (Rt+R1+Rл1+Rл3)R3] / [R1(R2+R3)]}-{[Uo(Rt+Rл3)]}.

Якщо забезпечити умови R1=R2=R3=R, Rл1=Rл3 і Rt = Ro(1+at), то

Uвих = Uo Rо at / 2R.

Напруга живлення Uo визначається значенням допустимого струму через ТС, який рівний:

I= Uo/R1.

Для лінеаризації вихідної напруги моста при використовуванні нелінійних ТС можна додатково змінювати струм, що проходить через нього, або напруга в ланцюзі приладу, що виміряється.

Лінеаризація вихідної напруги в схемі рис.5 досягається шляхом організації додаткового живлення ТС вихідною напругою моста.

Рис.5. Схема неврівноваженого моста з лінійною залежністю вихідної напруги від температури за допомогою операційного підсилювача.

Використовування додатковий ТС і термоперетворювачів.

Лінеаризація вихідної напруги може здійснюватися шляхом використовування додаткових термоперетворювачів. В схемі на рис. 5,Б при живленні моста від джерела струму і включених в протилежні плечі мідного ТС здійснюється лінійна залежність вихідної напруги від температури, що виміряється. Якщо два ТС включити в суміжні плечі моста, то вихідні напруга пропорційно різниці температур.

Схема з додатковими перетворювачами мають недолік, що полягає в появі погрішності від нестабільності характеристик додаткового ТС і його лінії зв'язку.

А)

Б)

В)

Рис.6. Схема неврівноваженого моста з лінійною залежністю вихідної напруги від температури з додатковими ТС:

А),Б)- з додатковими ТС; В)- з додатковими ПТ.

Розповсюдження цифрових приладів і інформаційно - вимірювальних систем зумовило необхідність створення перетворювачів опору ТС в напругу або струм з нормуючими значеннями вихідного сигналу. Вони виконуються у вигляді конструктивно закінченого блоку і можуть розміщуватися на об'єкті вимірювання в безпосередній близькості від точки вимірювання температури. Вихідні сигнали, пропорційні температурі, що виміряється, через канали зв'язку подаються на реєструючи, управляючі і інші пристрої.

Передача вихідного сигналу може бути здійснений на більші відстані, ніж забезпечується ефективне використовування засобів централізованого збору і обробки термо термічної інформації.

Основною частиною структурної схеми перетворювачів опору ТС в уніфікований сигнал є вхідний пристрій, за допомогою якого здійснюється перетворення опору в напругу постійного струму. Це досягається включенням ТС в ланцюг зворотного зв'язку підсилювачів. На відміну від мостових схем перетворювачі забезпечують більш високі метрологічні і експлуатаційні характеристики.

Рис.7. Схема включення ТС в ланцюг зворотного зв'язку підсилювача по напрузі з використанням трьох дротяної лінії зв'язку.

Для побудови перетворювача опору термісторів, які мають високий опір (дещо кОм), може бути використаний найпростіша схема операційного підсилювача, охопленого негативним зворотним зв'язком по напрузі. Якщо зворотний зв'язок утворений термістором і постійним резистором, то вихідна напруга підсилювача:

Uвих = Е R1 / R2

і є функцією температури, що виміряється.

Якщо Rt підключається за допомогою трьох дротяної лінії в ланцюг негативного зворотного зв'язку по напрузі, то вхідний опорний сигнал задається від джерела напруги Е (див. рис.7).

При R1=R2=R і R4>>Rл3 вихідна напруга перетворювача в схемі рис.7 визначається відношенням:

Uвих = [Е(Rt+Rл1)(R4+R5)] / [(R5+Rл2)(R2+R3)].

Застосування в ланцюг зворотного зв'язку підсилювача по напрузі з використанням чотирьох дротяної лінії зв'язку і включенням Rt в ланцюг паралельного зворотного зв'язку дає можливість зменшити погрішність dл в схемі рис.8.

Рис.8. Схема включення ТС в ланцюг зворотного зв'язку підсилювача по напрузі з використанням чотирьох дротяної лінії зв'язку.

Напруга на виході при Rл1=Rл3, а також при R1=R2=R3=R визначається формулою:

Uвих= [Е(Rt+Rл3)] / [2(R+Rл1)].