ปัจจุบันนี้เราควรใช้สะพานวีทสโตนหรือไม่

สำหรับการวัดมาตรวัดความเครียดสะพานวีตสโตนเป็นทางเลือกทางประวัติศาสตร์

ในหนึ่งในสี่ของ Wheatstone brigde ( $350 \Omega$ โดยทั่วไป (?)) พร้อมแอมป์อิมพีแดนซ์อินพุตสูงและแรงดันไฟฟ้าบริดจ์บาง $V$ อัตราส่วนระหว่างแรงดันเอาต์พุตสะพาน wrt ตัวต้านทานใด ๆ คือ 1/4 ซึ่งเป็นอัตราส่วนเดียวกันใน แบ่งแรงดันระหว่างแรงดัน output WRT ต้านทานใด ๆ เมื่อเทียบกับการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพของ $V/2$ 2

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าจะมีสัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าประมาณ 35.16 nV / rtHz (จากการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่ 35 nV / rtHz บวกตัวต้านทานสองตัว) และ Wheatstone Bridge เสียงแรงดันไฟฟ้าที่ 4.86 nV / rtHz (จากตัวต้านทานสี่ตัว) ซึ่งควรจะเพียงพอ (?) สำหรับระบบ ADC ส่วนใหญ่ (เช่น 24 บิตช่วง 0-5V: ความละเอียด 300nV)

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

เหตุใดต้องกังวลกับการใช้สะพานวีทสโตน

wheatstone-bridge precision strain-gage

— Brethlosze
แหล่งที่มา

สวัสดี Brethlosze คำถามที่น่าสนใจที่คุณกำลังโพสต์ แต่ฉันพบว่ามันยากที่จะหาคำถามจริงที่จะตอบ "ดังนั้นทำไมต้องใช้สะพานวีทสโตน?" มีหลายทางเลือกให้กับสะพานวีทสโตน แต่ฉันไม่แน่ใจว่าฉันค่อนข้างเข้าใจว่าทางเลือกใดที่คุณกำลังพิจารณาในคำถามนี้คุณเปรียบเทียบมันกับตัวแบ่งแรงดันหนึ่งตัวที่มีตัวต้านทานสองตัวแทนที่จะเป็นสี่ตัวที่ใช้ในสะพานวีตสโตนหรือไม่ .. ฉันคิดว่ามันจะช่วยให้ผู้คนเข้าใจคำถามได้มากขึ้นถ้าคุณเพิ่มไดอะแกรมหรือทำให้มันเป็นคำพูดอีกสักหน่อย;)

— 24919

ฉันรู้ว่าคุณต้องการไดอะแกรม ที่ได้รับ

— Brethlosze

ข้อมูล: สะพานวีทสโตนสามารถขับเคลื่อนจากแหล่งจ่ายกระแสเพื่อสร้างเอาต์พุตเชิงเส้นมากขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในการใช้งานสะพานเทียบกับแรงกระตุ้นไฟฟ้า พวกเขาจะไม่หายไปในไม่ช้า! โปรดทราบว่า ADR4525 ไม่มี tempco ที่ 0.02 ppm ต่อ degC แต่โดยทั่วไปแล้ว 2 ppm ต่อ degC

— แอนดี้อาคา

@Andyaka บันทึกที่ดี แต่ถ้าฉันขับสะพานที่มีแหล่งจ่ายกระแสก็สามารถทำเช่นเดียวกันในกรณีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า การควบคุมแรงดันไฟฟ้านั้นดูน่าสนใจ แต่มีความเสถียรมากกว่าหรือไม่?

— Brethlosze

คำตอบ:

สิ่งที่คุณขาดไปคือวัตถุประสงค์ทั่วไปของการใช้สะพานวีทสโตนคือการสร้างความสมดุลเซ็นเซอร์สองตัว กล่าวคือ เมื่อเราใช้สะพานวีทสโตนเรามักจะมีความต้านทานแปรผันสองอย่างหรือแหล่งกระแสที่เราต้องการสร้างความสมดุลเช่นนี้

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

คุณมีสิทธิ์ในการสรุปว่าถ้าเรามีเซ็นเซอร์เพียงตัวเดียวในการวัดและไม่ใช่สองตัวที่เราต้องการสร้างความสมดุลแล้วสะพานวีตสโตนไม่ใช่วิธีที่เหมาะที่จะทำ

— Vinzent
แหล่งที่มา

ปัญหาในการใช้แรงดันไฟฟ้าอ้างอิงรุ่นคือวงจรขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำสองแหล่งคือ V และ Vref ในสะพานวีทสโตนมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเพียงแหล่งเดียวและมีการยกเลิกข้อผิดพลาดบางอย่าง

การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องแม่นยำนั้นมีเสียงดังและยากต่อการกรองโดยไม่สูญเสียความแม่นยำ พวกเขามีความมั่นคงในระยะยาวสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ดี แต่หลายคนมีความมั่นคงในระยะสั้นที่ไม่ดี

สะพานวีทสโตนและรูปแบบต่างๆยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบอุปกรณ์วัด มีข้อผิดพลาดในการวัดในโลกแห่งความจริงมากมายที่ไม่ได้เป็นเพียงเสียงตัวต้านทานและวงจรสะพานมักจะช่วยได้

— ทอมแอนเดอร์สัน
แหล่งที่มา

โปรดทราบว่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานสำหรับการใช้งานเกจวัดความเครียดส่วนใหญ่ (ภายในบริเวณยืดหยุ่น) นั้นมีขนาดเล็ก ถ้าสายพันธุ์มี 1,000 microstrain - ใหญ่สำหรับโลหะส่วนใหญ่ - (เช่น 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0.001) และค่าเกจเท่ากับ ~ 2 การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานคือ R_nominal * 0.002! ดังนั้นคุณต้องการความช่วยเหลือและการปฏิเสธโหมดทั่วไปที่คุณจะได้รับ เกจซิลิคอนมีมาตรวัดที่สูงกว่ามาก แต่มีราคาแพงติดตั้งยากและไวต่ออุณหภูมิ ดูการเชื่อมต่อของเคลวิน (6 สาย) หากคุณมีการเดินสายยาว รอบอุปกรณ์ที่มีเสียงดังด้วยไฟฟ้า

— ตัวเร่งปฏิกิริยา

ฉันยังสงสัยอยู่ หนึ่งในคำตอบ (ตอนนี้ถูกลบไปแล้ว?) กล่าวว่าการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าอยู่ในแนวคิดเพียงแค่รูปแบบของแขนสะพานที่มีความซับซ้อนเพิ่มเติม โปรดทราบว่าใช่แหล่งจ่ายแรงดัน V ควรได้รับการควบคุมทั้งสองแบบ

— Brethlosze