Al giorno d'oggi dovremmo usare i ponti di Wheatstone?

Per misurare gli estensimetri, il ponte di Wheatstone è la scelta storica.

In un quarto di brigata di Wheatstone ( $350 \Omega$ genere (?)), Con un amplificatore ad alta impedenza di ingresso e una certa tensione di alimentazione del ponte $V$ , il rapporto tra la tensione di uscita del ponte rispetto a qualsiasi resistenza è 1/4, che è lo stesso rapporto in un il divisore di tensione tra la tensione di uscita ha qualsiasi resistenza, rispetto a un riferimento di tensione stabile di $V/2$ .

Un partitore di tensione con un riferimento di tensione avrebbe un rumore di tensione di circa 35,16 nV / rtHz (da un riferimento di tensione di 35 nV / rtHz più due resistori) e il ponte di Wheatstone un rumore di tensione di 4,86 nV / rtHz (da quattro resistori) , che dovrebbe essere sufficiente (?) per la maggior parte dei sistemi ADC (ad es. per 24 bit, intervallo 0-5 V: risoluzione 300 nV).

$0.02\%$ $2 \ ppm/C^\circ$ $4\ ppm/C^\circ$ $0.005\%$ $2 \ ppm/C^\circ$ $8 \ ppm/C^\circ$

Quindi, perché preoccuparsi di usare i ponti di Wheatstone?

wheatstone-bridge precision strain-gage

— Brethlosze
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Ciao Brethlosze, una domanda interessante che stai ponendo, ma trovo difficile trovare la vera domanda a cui rispondere. "Quindi, perché preoccuparsi di usare i ponti di Wheatstone?". Esistono molte alternative a un ponte di Wheatstone, ma non sono sicuro di aver capito bene quali alternative stai prendendo in considerazione in questa domanda, lo stai paragonando a un divisore di tensione con due resistori anziché ai quattro usati in un ponte di Wheatstone? .. Penso che aiuterebbe più persone a capire la domanda se aggiungessi alcuni diagrammi o rendessi un po 'più prolisso;)

— Vinzent,

Sapevo che ti sarebbe piaciuto un diagramma. Concesso.

— Brethlosze,

Informazioni: i ponti di Wheatstone possono essere pilotati da una sorgente di corrente per produrre un'uscita più lineare con variazione di resistenza nelle applicazioni a quarto di ponte rispetto all'eccitazione di tensione. Non stanno andando via presto! Si noti che ADR4525 non ha un tempco di 0,02 ppm per grado C ma in genere 2 ppm per grado C.

— Andy alias il

@Andyaka Ottima nota. Ma se guido un ponte con una sorgente di corrente, anche nel caso del partitore di tensione potrebbe fare lo stesso. Il regolamento sulla tensione è più rumoroso, ma più stabile?

— Brethlosze,

Risposte:

Quello che ti manca è che lo scopo comune dell'utilizzo di un bridge Wheatstone è bilanciare due sensori. Vale a dire. quando usiamo un ponte di Wheatstone di solito abbiamo due resistenze variabili o sorgenti correnti che vogliamo bilanciare in questo modo;

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Hai ragione nel concludere che se abbiamo solo un sensore da misurare e non due che vogliamo bilanciare, il ponte di Wheatstone non è il modo ideale per farlo.

— Vinzent
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Il problema con l'utilizzo di una versione di riferimento della tensione è che il circuito dipende dalla differenza tra due fonti di tensione accurate, V e Vref. Nel ponte di Wheatstone, c'è solo una fonte di tensione e c'è qualche annullamento dell'errore.

Riferimenti di tensione precisi sono rumorosi e difficili da filtrare senza perdere precisione. Hanno una buona stabilità a lungo termine per la tensione, ma molti hanno una scarsa stabilità a breve termine.

Il ponte di Wheatstone e le sue varianti sono ancora ampiamente utilizzati nella progettazione di apparecchiature di misurazione. Ci sono molti errori di misurazione nel mondo reale che non sono solo rumore del resistore e spesso un circuito a ponte aiuta.

— Tom Anderson
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Si noti che i cambiamenti nella resistenza per la maggior parte delle applicazioni estensimetriche (all'interno della regione elastica) sono piccoli. Se la deformazione è 1000 microstrain - grande per la maggior parte dei metalli - (quindi 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0,001) e il fattore di gauge è ~ 2, la variazione di resistenza è R_nominal * 0,002! Quindi hai bisogno di tutto l'aiuto e del rifiuto in modalità comune che puoi ottenere. Gli indicatori di silicio hanno fattori di misura molto più elevati, ma sono costosi, difficili da montare e abbastanza sensibili alla temperatura. Vedi anche connessione Kelvin (6 fili), se si dispone di lunghe corse di cablaggio, esp. intorno ad apparecchiature elettricamente rumorose.

— Catalizzatore,

Sono ancora in dubbio. Una delle risposte (ora cancellate?) Ha detto che un riferimento di tensione era in teoria solo una forma di un braccio a ponte, con un'ulteriore raffinatezza. Si noti che la sorgente di tensione V deve essere regolata in entrambi gli schemi.

— Brethlosze,