Das Wichtigste
Schleifringrauschen in einem Dehnungsmessstreifen-Kreis entsteht durch leichte Schwankungen des Übergangswiderstands der Ringe. Liegen alle vier Brückenarme auf der rotierenden Seite, befinden sich die Ringe außerhalb der Brücke und können deren Gleichgewicht nicht beeinflussen: Das Spitzenrauschen der Ringe bleibt bei jedem Michigan Scientific Schleifring unter 0,1 % des Datensignals. Schaltungen, die einen oder zwei Arme auf der rotierenden Seite lassen, bringen Ringe in die Brücke und werden nicht empfohlen. Die Chevron-Schaltung verwendet weniger Ringe, führt aber zu Übersprechen zwischen den Ausgängen.
Warum ist die Konfiguration wichtig?
Weil sie darüber entscheidet, ob sich Ringe innerhalb der Brücke befinden. Ein Ring in Serie mit einem Dehnungsmessstreifen wirkt auf den Ausgang genau wie eine Änderung des Widerstands des Dehnungsmessstreifens. Dehnungsmessstreifen-Brücken sind Vollbrücken (vier aktive Arme), Halbbrücken (zwei) oder Viertelbrücken (einer); über einen Schleifring zählt, wie viele Arme sich auf der rotierenden Seite befinden.
Warum alle vier Arme auf die rotierende Seite legen?
Weil sich die Ringe dann außerhalb der Brücke befinden und deren Gleichgewicht nicht verändern können. Diese Konfiguration funktioniert mit den meisten Messverstärkern für Dehnungsmessstreifen, und konventionelle Abgleich- und Kalibriernetzwerke können verwendet werden.
- Spitzenrauschen der Ringe unter 0,1 % des Datensignals.
- Mit 120-Ω-Brücken: 1 Brücke an einem S4, 4 an einem SR10M, 9 an einem SR20M, 16 an einem SR36M.
- Mit 350-Ω-Brücken: 1, 4, 9 und 17 Brücken an denselben Modellen.
- Die Speiseringe werden parallelgeschaltet, um innerhalb des Ringstromgrenzwerts zu bleiben: 2 Ringe bis zum SR20M, 4 an einem SR36M mit 120-Ω-Brücken.
- Bei einer einzelnen aktiven Messstelle gibt die Notiz eine Viertelbrückenschaltung mit den Ergänzungswiderständen auf der rotierenden Seite an, für geringstes Schleifringrauschen und geringste Temperaturdrift.
Was kostet ein Arm auf der rotierenden Seite?
Hohe Schleifringrauschen: Die Ringe liegen in Reihe mit der Messstelle, daher ändert jede Schwankung des Ringwiderstands den Ausgang wie eine Änderung des Messstellenwiderstands. Ihr einziger Vorteil ist eine große Datenmenge mit wenigen Ringen. Nicht empfohlen.
- Nur verwenden, wenn große Dehnungssignale erwartet werden und ein eher hohes Rauschen akzeptabel ist.
- Den Gemeinsamring mit jedem verfügbaren Ring parallelschalten, um das Rauschen zu reduzieren; bei vielen Messstellen ist die Parallelschaltung zwingend, um den Ringstrom zu begrenzen.
- Das Signal-zu-Schleifringrauschen-Verhältnis hängt nicht von der Speisespannung ab; ein höherer Messstellenwiderstand und ein höherer Messstellenfaktor verbessern es.
Was kosten zwei Arme auf der rotierenden Seite?
Die gemeinsamen Speiseringe liegen innerhalb der Brücken, daher ändert jede Schwankung des Ringwiderstands die Brückenabgleichung. Das Rauschen ist etwas geringer als bei einem Arm, aber die Schaltung ist deutlich anfälliger für Schleifringrauschen als vier Arme oder die Chevron-Schaltung. Sie wird nur verwendet, weil sie zu den meisten Messverstärkern passt. Nicht empfohlen.
- Die Datensignalringe sind nicht kritisch: Die hohe Eingangsimpedanz der Instrumentierung hält den Strom durch sie vernachlässigbar.
- Jeden verfügbaren Ring mit den Speiseringen parallelschalten, auch wenn der Strom innerhalb der Grenzen liegt.
Welchen Kompromiss eingeht die Chevron-Schaltung?
Weniger Ringe gegen Übersprechen. Die Brücken teilen sich ihre Ergänzungsarme, sodass alle vier Arme auf der rotierenden Seite bleiben und das Spitzenrauschen der Ringe wiederum unter 0,1 % liegt. Aber der Signalstrom jeder Brücke fließt durch die geteilten Arme und verschiebt die gemeinsame Signalreferenz: Jeder Ausgang nimmt einen Teil aller anderen auf, und diese Beiträge addieren sich algebraisch.
- Das Übersprechen hängt von N ab, dem Verhältnis von Eingangswiderstand der Instrumentierung zu Messstellenwiderstand: 4,6 % bei N = 10, 0,5 % bei 100, 0,05 % bei 1 000, 0,005 % bei 10 000.
- Beispiel: 120-Ω-Messstellen an einem Eingang von 12 000 Ω ergeben 0,5 % Übersprechen auf jedem der anderen Ausgänge.
- Kapazität bei 10 V mit 120-Ω-Messstellen: 1 Brücke an einem S4, 5 an einem SR10M, 13 an einem SR20M, 25 an einem SR36M.
- Übersprechen prüfen: Ein Ausleseinstrument abkoppeln; die anderen Signale dürfen sich nicht ändern. Nacheinander abgetastete Ausgänge interagieren nicht.
Wie viele Kanäle mit mitrotierenden Messverstärkern?
Servicing-Ringe für die Versorgungs- und Steuerleitungen, dann ein Ring pro verstärktem Kanal. Messverstärker für Dehnungsmessstreifen (DMS) verwenden fünf Leitungen: +15 V, −15 V, Versorgungsnull, Kalibriersteuerung und Signalnull. Messverstärker für Thermoelemente haben keine Kalibriersteuerung und verwenden vier.
- Schleifring mit 10 Ringen: 5 Kanäle für Dehnungsmessstreifen (DMS) oder 6 Thermoelement-Kanäle.
- Schleifring mit 20 Ringen: 15 Kanäle für Dehnungsmessstreifen (DMS) oder 17 Thermoelement-Kanäle.
- Schleifring mit 36 Ringen: 27 bis 31 Kanäle für Dehnungsmessstreifen (DMS) je nach Brückenwiderstand und Speisung, oder 32 Thermoelement-Kanäle; die ±15-V-Leitungen belegen dann je zwei oder drei Ringe, und mehr als eine Messverstärker-Steuereinheit ist erforderlich.
- Die Tabellen der technischen Note 103 gehen von 1 A pro Kanalanschluss aus. Prüfen Sie den Strom pro Kanal im Datenblatt Ihres Schleifrings: 500 mA bei der S-Baureihe sowie bei SR10 und SR20, 250 mA beim SR36 und bei SR45A/SR60A-AXHS.
Die technischen Notes
Die Original-Notes enthalten die Schaltpläne und die vollständigen Tabellen.
Zusammengefasst
- Vollbrücke auf der rotierenden Seite: Spitzen-Rauschen der Ringe unter 0,1 %.
- Viertel- und Halbbrücke über die Ringe vervollständigt: nicht empfohlen.
- Die Chevron-Schaltung spart Ringe; prüfen Sie das Übersprechen in Abhängigkeit von Ihrer Eingangsimpedanz.
- Mit mitrotierenden Messverstärkern fünf Servicing-Ringe einplanen, dann ein Ring pro Kanal.