Haruskah kita menggunakan jembatan wheatstone saat ini?

Untuk mengukur pengukur regangan, jembatan Wheatstone adalah pilihan historis.

Dalam seperempat Wheatstone brigde ( $350 \Omega$ biasanya (?)), Dengan penguat impedansi masukan tinggi, dan beberapa tegangan daya jembatan $V$ , rasio antara tegangan keluaran jembatan wrt resistor adalah 1/4, yang merupakan rasio yang sama dalam pembagi tegangan antara tegangan keluaran wrt resistor apa pun, dibandingkan dengan referensi tegangan stabil $V/2$ .

Pembagi tegangan dengan referensi tegangan akan memiliki noise tegangan sekitar 35,16 nV / rtHz (dari referensi tegangan 35 nV / rtHz ditambah dua resistor), dan Wheatstone menjembatani noise tegangan 4,86 nV / rtHz (dari empat resistor) , yang seharusnya cukup (?) untuk sebagian besar sistem ADC (yaitu untuk 24 bit, rentang 0-5V: resolusi 300nV).

Dan referensi tegangan ( $0.02\%$ awal kesalahan, $2 \ ppm/C^\circ$ , AD, ADR4525 ), akan lebih stabil dan tepat (?) Sekitar $4\ ppm/C^\circ$ , dari resistor presisi ( error , , Vishay, MR100 ), sekitar . $0.005\%$ $2 \ ppm/C^\circ$ $8 \ ppm/C^\circ$

Karena itu, mengapa repot-repot menggunakan jembatan Wheatstone?

wheatstone-bridge precision strain-gage

— Brethlosze
sumber

Halo Brethlosze, Sebuah pertanyaan menarik yang Anda ajukan, tetapi saya merasa sulit untuk menemukan pertanyaan yang sebenarnya untuk dijawab. "Karena itu, mengapa repot-repot menggunakan Wheatstone Bridges?". Ada banyak alternatif untuk jembatan Wheatstone, tapi saya tidak yakin saya cukup mengerti alternatif mana yang Anda pertimbangkan dalam pertanyaan ini, apakah Anda membandingkannya dengan satu pembagi tegangan dengan dua resistor daripada empat yang digunakan dalam jembatan Wheatstone? .. Saya pikir itu akan membantu lebih banyak orang memahami pertanyaan jika Anda menambahkan beberapa diagram, atau membuatnya sedikit lebih bertele-tele;)

— Vinzent

Saya tahu Anda ingin diagram. Memang.

— Brethlosze

Informasi: Jembatan Wheatstone dapat digerakkan dari sumber arus untuk menghasilkan keluaran yang lebih linier dengan perubahan resistansi dalam aplikasi seperempat jembatan dibandingkan dengan eksitasi tegangan. Mereka tidak akan segera pergi! Perhatikan bahwa ADR4525 tidak memiliki tempco 0,02 ppm per degC tetapi biasanya 2 ppm per degC.

— Andy alias

@Andyaka Catatan bagus. Tetapi jika saya mengendarai jembatan dengan sumber arus, juga bisa dibuat sama dalam kasus pembagi tegangan. Regulasi Tegangan lebih ribut, tetapi lebih stabil?

— Brethlosze

Jawaban:

Apa yang Anda lewatkan adalah bahwa tujuan umum menggunakan jembatan Wheatstone adalah untuk menyeimbangkan dua sensor. Yaitu. ketika kita menggunakan jembatan Wheatstone, kita biasanya memiliki dua hambatan variabel atau sumber saat ini yang ingin kita keseimbangan seperti ini;

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Anda benar dalam menyimpulkan bahwa jika kita hanya memiliki satu sensor untuk mengukur dan bukan dua yang ingin kita keseimbangan maka jembatan Wheatstone bukanlah cara yang ideal untuk melakukannya.

— Vinzent
sumber

Masalah dengan menggunakan versi referensi tegangan adalah bahwa rangkaian tergantung pada perbedaan antara dua sumber tegangan yang akurat, V dan Vref. Di jembatan Wheatstone, hanya ada satu sumber tegangan, dan ada beberapa pembatalan kesalahan.

Referensi tegangan akurat berisik dan sulit disaring tanpa kehilangan keakuratan. Mereka memiliki stabilitas tegangan jangka panjang yang baik, tetapi banyak yang memiliki stabilitas jangka pendek yang buruk.

Jembatan Wheatstone dan variasinya masih banyak digunakan dalam desain peralatan pengukuran. Ada banyak kesalahan pengukuran dunia nyata yang bukan hanya gangguan resistor, dan rangkaian jembatan sering membantu.

— Tom Anderson
sumber

Perhatikan bahwa perubahan resistensi untuk sebagian besar aplikasi pengukur regangan (dalam wilayah elastis) kecil. Jika regangannya adalah 1000 mikrostrain - besar untuk sebagian besar logam - (jadi 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0,001) dan faktor ukurannya adalah ~ 2, maka perubahan resistansi adalah R_nominal * 0,002! Jadi Anda membutuhkan semua bantuan dan penolakan mode umum yang bisa Anda dapatkan. Alat pengukur silikon memiliki faktor pengukur yang jauh lebih tinggi, tetapi harganya mahal, sulit dipasang, dan cukup sensitif terhadap suhu. Lihat juga koneksi Kelvin (6-kabel), jika Anda memiliki banyak kabel, esp. sekitar peralatan berisik listrik.

— Catalyst

Saya masih ragu. Salah satu jawaban (sekarang dihapus,?) Mengatakan bahwa referensi tegangan dalam konsep hanya bentuk lengan jembatan, dengan kecanggihan tambahan. Perhatikan bahwa ya, sumber tegangan V harus diatur dalam kedua skema.

— Brethlosze