Günümüzde wheatstone köprülerini kullanmalı mıyız?

Gerinim ölçerlerin ölçülmesi için Wheatstone köprüsü tarihsel seçimdir.

Bir çeyrekte Wheatstone brigde ( $350 \Omega$ tipik olarak (?)), yüksek giriş empedans amplifikatörü ve bazı köprü güç voltajı ile $V$ , herhangi bir dirençle köprü çıkış voltajı arasındaki oran 1/4'tür, bu da herhangi bir dirençle çıkış voltajı arasındaki voltaj bölücüsünde aynı oran olup, kararlı voltaj referansı ile karşılaştırıldığında $V/2$ .

Voltaj referansı olan bir voltaj bölücü yaklaşık 35.16 nV / rtHz voltaj gürültüsüne (35 nV / rtHz artı iki direnç voltaj referansından) ve Wheatstone köprüsü 4.86 nV / rtHz voltaj gürültüsüne (dört dirençten) sahiptir. , çoğu ADC sistemi için yeterli olmalıdır (?) (yani 24 bit, 0-5V aralığı: 300nV çözünürlük).

Ve bir voltaj referansı ( $0.02\%$ ilk hata, $2 \ ppm/C^\circ$ , AD, ADR4525 ), hakkında daha kararlı ve kesin (?) $4\ ppm/C^\circ$ , hassas bir dirençten ( $0.005\%$ hata, $2 \ ppm/C^\circ$ , Vishay, MR100 ), hakkında $8 \ ppm/C^\circ$ .

Peki, neden Wheatstone köprülerini kullanmaktan rahatsız oluyorsunuz?

wheatstone-bridge precision strain-gage

— Brethlosze
kaynak

Merhaba Brethlosze, Poz verdiğiniz ilginç bir soru, ama cevaplanacak asıl soruyu bulmakta zorlanıyorum. "Peki, neden Wheatstone Bridges'ı kullanmaktan rahatsız oluyorsun?" Bir Wheatstone köprüsüne birçok alternatif var, ancak bu soruda hangi alternatifleri düşündüğünüzü tam olarak anladığımdan emin değilim, bir Wheatstone köprüsünde kullanılan dört yerine iki dirençli bir voltaj bölücü ile karşılaştırıyor musunuz? .. Bazı diyagramlar eklediyseniz veya biraz daha garip hale getirirseniz daha fazla insanın soruyu anlamasına yardımcı olacağını düşünüyorum;)

— Vinzent

Bir diyagram isteyeceğinizi biliyordum. Verilen.

— Brethlosze

Bilgi: Wheatstone köprüleri, akım uyarısından, çeyrek köprü uygulamalarında gerilim uyarımına göre direnç değişikliği ile daha doğrusal bir çıktı üretmek için sürülebilir. Yakında gitmeyecekler! ADR4525'in degC başına 0.02 ppm'lik bir tempcoya sahip olmadığını, ancak tipik olarak degC başına 2 ppm olduğunu unutmayın.

— Andy aka

@Andyaka Büyük not. Ancak akım kaynağı olan bir köprü kullanırsam, voltaj bölücü durumunda da aynı şeyi yapabilirim. Voltaj Regülasyonu daha gürültülü, ancak daha kararlı mı?

— Brethlosze

Yanıtlar:

Eksik olan bir Wheatstone köprüsü kullanmanın ortak amacının iki sensörü dengelemektir. Yani. Bir Wheatstone köprüsü kullandığımızda, genellikle bu şekilde dengelemek istediğimiz iki değişken direnç veya akım kaynağımız vardır;

şematik

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Eğer ölçmek için sadece bir sensörünüz varsa ve dengelemek istediğimiz iki sensörünüz yoksa Wheatstone köprüsünün bunu yapmak için ideal bir yol olmadığı sonucuna varırsınız.

— Vinzent
kaynak

Gerilim referans versiyonunun kullanılması ile ilgili problem, devrenin iki doğru gerilim kaynağı olan V ve Vref arasındaki farka bağlı olmasıdır. Wheatstone köprüsünde sadece bir voltaj kaynağı var ve bazı hata iptali var.

Doğru voltaj referansları gürültülüdür ve hassasiyeti kaybetmeden filtrelenmesi zordur. Voltaj için iyi uzun vadeli kararlılığa sahiptirler, ancak birçoğunun kısa vadeli zayıf kararlılıkları vardır.

Wheatstone köprüsü ve varyasyonları hala ölçüm ekipmanlarının tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Sadece direnç gürültüsü olmayan birçok gerçek dünya ölçüm hatası vardır ve bir köprü devresi genellikle yardımcı olur.

— Tom Anderson
kaynak

Çoğu gerinim ölçer uygulaması (elastik bölge içinde) için direnç değişikliklerinin küçük olduğuna dikkat edin. Suş 1000 mikrostrain - çoğu metal için büyük - (yani 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0.001) ve gösterge faktörü ~ 2 ise, dirençteki değişiklik R_nominal * 0.002'dir! Bu nedenle, alabileceğiniz tüm yardıma ve ortak mod reddine ihtiyacınız vardır. Silikon göstergelerin çok daha yüksek gösterge faktörleri vardır, ancak pahalı, montajı zor ve sıcaklığa oldukça duyarlıdırlar. Ayrıca bkz. Kelvin bağlantısı (6 telli), eğer uzun kablolamalarınız varsa, özellikle elektriksel olarak gürültülü ekipman etrafında.

— Katalizör

Hala şüpheliyim. Yanıtlardan biri (şimdi silindi,?) Gerilim referansının konseptte ek bir karmaşıklıkla sadece bir köprü kolu biçiminde olduğunu söyledi. Evet, V voltaj kaynağının her iki şemada da ayarlanması gerektiğini unutmayın.

— Brethlosze