ЖУРНАЛ СТА №4/2025

ству. Чем больше активных плеч моста задействовано, тем выше точность и амплитуда выходного сигнала. Поэто- му чаще используются полумостовые и полномостовые схемы, позволяющие добиться лучшей линейности и чув- ствительности (рис. 10). Тензорезисторы представлены не- сколькими технологиями исполнения. ● Проволочные. Исторически первые тензорезисторы, редко встречаемые сегодня ввиду устаревших технологий. ● Наклеиваемые. Металлоплёночные элементы, закрепляемые на основа- нии специальным клеем. Обладают хорошими характеристиками, но склонны к появлению дрейфа («пол- зучесть») вследствие несовершенства адгезии. Требуют повышенного на- пряжения питания (до 10 В постоян- ного тока). ● Кремниевые. Монолитные структу- ры, объединяющие силовой элемент и резистивный слой. Отличаются высо- ким выходом мощности, малым энер- гопотреблением и хорошей линей- ностью. Главныйминус – сильная тем- пературная зависимость и необходи- мость защиты от агрессивных сред. ● Осаждённые плёночные. Композит- ные элементы, формируемые мето- дом вакуумного напыления металла на поверхность основания. Подобная технология совмещает преимуще- ства обоих подходов: устойчивость к температурам и линейность харак- теристик, аналогичную кремнию, при меньшей цене. Таким образом, выбор подходящего тензорезистора определяется условиями эксплуатации, требованиями к точности и долговечности. Системы обработки сигналов для тензорезисторов должны обладать высокой стабильностью воз- буждения и чувствительностью, такими качествами обладает, например, устрой- ство Dataforth SCM5B38, которое обес- печивает качественную обработку сла- бых сигналов и защиту от электромаг- нитных наводок. Акселерометры подразделяются на две ключевые категории. Первая груп- па основана на применении тензоре- зистивной технологии. Здесь неболь- шая масса присоединяется к упругому элементу, создающему усилие, пропор- циональное воздействию ускорения. Далее тензорезистор преобразует дан- ное воздействие в электрический сиг- нал. Сигнал обрабатывается аналогич- ным образом, как и при измерении дав- ления или усилий. Датчики подобного типа могут регистрировать минималь- ные значения скоростей изменения ускорения, однако их рабочая частота за- частую ограничена пределами до 25 кГц. Вторая категория акселерометров по- строена на основе сильного пьезоэф- фекта, проявляющегося в определён- ных видах кристаллов и керамических материалов. При деформации такие материалы генерируют электрические заряды, пропорциональные силе, соз- даваемой массой, подвергшейся уско- рению. Поскольку сами материалы ха- рактеризуются низким уровнем элек- тропроводимости, электрически они действуют подобно последовательному включению конденсатора, пропускаю- щего ничтожные или вовсе отсут- ствующие токи без снижения точности измерений. Наличие длинных кабелей может негативно сказываться на пара- метрах этих устройств, увеличивая об- щую ёмкость тракта передачи сигнала. По этой причине пьезоакселерометры оснащаются встроенными предусили- телями непосредственно рядом с ме- стом расположения самого датчика. Данные усилители предназначены для согласовывания высокого внутреннего импеданса датчика с нагрузкой внеш- него оборудования, обеспечивая на- дёжную передачу сигнала на длинные дистанции. Представленный на рис. 11 усилитель заряда может применяться для монито- ринга вибраций подшипников и сейс- мостойкости сооружений. Пьезоакселе- рометры достигают чрезвычайно высо- ких частот измерений (100…300 кГц), однако их показатели на низких часто- тах обычно оставляют желать лучшего. Всегда обращайте внимание на специ- фикацию изделия перед покупкой, так как технологии непрерывно разви- ваются и улучшаются. Измерительные контуры: конфигурации и подключение Датчики интегрируются в комплек- сы для преобразования сигналов, под- систем сбора данных и управляющих устройств, образуя систему, известную в профессиональной сфере как измери- тельный контур. Классификация кон- туров производится исходя из характе- ра проводимых измерений, назначе- ния системы или формата электриче- ского сигнала, связывающего датчик с остальными компонентами комплекса. Исключением являются цифровые си- стемы, такие как Fieldbus, остальные контуры используют сигналы напря- жения, тока или частоты. Чаще всего предпочтение отдаётся напряжению или току. Потребляемая мощность иг- рает ключевую роль при выборе топо- логии контура. Газовый хроматограф, применяемый для химического анали- за, требует большего количества энер- гии, чем стандартные контуры с сигна- лом 4…20 мА, и обычно подключается по четырёхпроводной схеме с питани- ем от электросети. Напротив, автоном- ные датчики или приборы с мини- мальным энергопотреблением пре- красно работают с двухпроводной схе- мой, позволяющей экономить на про- кладке кабелей и поддерживать взры- вобезопасность, что выгодно с финан- совой точки зрения. Измерительные контуры реализуют- ся тремя способами: двухпроводные, трёхпроводные и четырёхпроводные. Отдельные датчики могут функциони- ровать самостоятельно или интегриро- ваться напрямую в систему сбора дан- ных без дополнительного преобразова- ния сигнала. Примером первой группы выступают термопары, а второй – по- тенциометры, управляемые датчиками давления. Большинство измеритель- ных контуров нуждается в предвари- тельном возбуждении и обработке сиг- нала. Выбор подходящей конфигура- ции зависит от специфики задачи и фи- нансовых ограничений. Четырёхпроводные контуры отли- чаются наибольшей универсальностью, так как питание и возврат сигнала ор- ганизованы раздельно, что снимает ограничения по потребляемой мощно- сти и устраняет возможные ошибки, вы- званные замыканиями на землю. Имен- но поэтому данная конфигурация яв- ляется приоритетной для большинства приложений. Основной недостаток – по- вышение издержек на монтаж, услож- СТА 4/2025 51 www.cta.ru ОБ ЗОРЫ Акселерометр (эквивалентная схема) Общее питание SCM5B40-03 200 MΩ 10 kHz ±100mV Input +5VDC ±5VDC V 5 6 20 19 C Рис. 11. Усилитель акселерометра (в системе мониторинга вибрации подшипников)