Sollten wir heutzutage Weizensteinbrücken verwenden?

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Für die Messung von Dehnungsmessstreifen ist die Wheatstone-Brücke die historische Wahl.

In einer viertel Wheatstone-Brücke ( typischerweise 350Ω (?)) Mit einem Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz und einer gewissen Brückenleistungsspannung V. beträgt das Verhältnis zwischen der Brückenausgangsspannung für jeden Widerstand 1/4, was das gleiche Verhältnis in a ist Spannungsteiler zwischen der Ausgangsspannung eines beliebigen Widerstands im Vergleich zu einer stabilen Spannungsreferenz von V./.2 .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein Spannungsteiler mit einer Spannungsreferenz hätte ein Spannungsrauschen von etwa 35,16 nV / rtHz (von einer Spannungsreferenz von 35 nV / rtHz plus zwei Widerstände), und die Wheatstone-Brücke ein Spannungsrauschen von 4,86 ​​nV / rtHz (von vier Widerständen) Dies sollte für die meisten ADC-Systeme ausreichen (?) (dh für 24 Bit, 0-5 V-Bereich: 300 nV Auflösung).

0,02%. 2 ppm/.C.4 ppm/.C.0,005%.2 ppm/.C.8 ppm/.C.

Warum also Wheatstone-Brücken benutzen?

Brethlosze
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Hallo Brethlosze, eine interessante Frage, die Sie stellen, aber ich finde es schwierig, die eigentliche Frage zu finden, die beantwortet werden muss. "Warum also Wheatstone Bridges verwenden?" Es gibt viele Alternativen zu einer Wheatstone-Brücke, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich ganz verstehe, welche Alternativen Sie in dieser Frage in Betracht ziehen. Vergleichen Sie sie mit einem Spannungsteiler mit zwei Widerständen anstelle der vier, die in einer Wheatstone-Brücke verwendet werden? Ich denke, es würde mehr Menschen helfen, die Frage zu verstehen, wenn Sie einige Diagramme hinzufügen oder sie etwas wortreicher machen würden;)
Vinzent
Ich wusste, dass Sie ein Diagramm möchten. Gewährt.
Brethlosze
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Information: Wheatstone-Brücken können von einer Stromquelle angesteuert werden, um eine linearere Ausgabe mit Widerstandsänderung bei Viertelbrückenanwendungen im Vergleich zur Spannungsanregung zu erzeugen. Sie gehen nicht bald weg! Beachten Sie, dass der ADR4525 keine Temperatur von 0,02 ppm pro ° C hat, sondern typischerweise 2 ppm pro ° C.
Andy aka
@ Andyaka Tolle Notiz. Aber wenn ich eine Brücke mit einer Stromquelle fahre, könnte das auch im Fall des Spannungsteilers so gemacht werden. Die Spannungsregelung ist lauter, aber stabiler?
Brethlosze

Antworten:

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Was Sie vermissen, ist, dass der übliche Zweck der Verwendung einer Wheatstone-Brücke darin besteht, zwei Sensoren auszugleichen. Dh. Wenn wir eine Wheatstone-Brücke verwenden, haben wir normalerweise zwei variable Widerstände oder Stromquellen, die wir so ausgleichen möchten.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Sie kommen zu Recht zu dem Schluss, dass die Wheatstone-Brücke nicht der ideale Weg ist, wenn wir nur einen Sensor zum Messen haben und nicht zwei, die wir ausgleichen möchten.

Vinzent
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Das Problem bei der Verwendung einer Spannungsreferenzversion besteht darin, dass die Schaltung von der Differenz zwischen zwei genauen Spannungsquellen, V und Vref, abhängt. In der Wheatstone-Brücke gibt es nur eine Spannungsquelle und es gibt eine Fehleraufhebung.

Genaue Spannungsreferenzen sind verrauscht und schwer zu filtern, ohne an Genauigkeit zu verlieren. Sie haben eine gute Langzeitstabilität für die Spannung, aber viele haben eine schlechte Kurzzeitstabilität.

Die Wheatstone-Brücke und ihre Variationen werden immer noch häufig bei der Konstruktion von Messgeräten verwendet. Es gibt viele reale Messfehler, die nicht nur Widerstandsrauschen sind, und eine Brückenschaltung hilft oft.

Tom Anderson
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Beachten Sie, dass die Widerstandsänderungen für die meisten Dehnungsmessstreifenanwendungen (innerhalb des elastischen Bereichs) gering sind. Wenn die Dehnung 1000 Mikrodehnungen beträgt - groß für die meisten Metalle - (also 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0,001) und der Eichfaktor ~ 2 ist, beträgt die Widerstandsänderung R_nominal * 0,002! Sie benötigen also alle Hilfe und Ablehnung im Gleichtakt, die Sie bekommen können. Siliziummessgeräte haben viel höhere Messfaktoren, sind jedoch teuer, schwierig zu montieren und sehr temperaturempfindlich. Siehe auch Kelvin-Verbindung (6-Drähte), wenn Sie lange Verkabelungswege haben, insb. um elektrisch laute Geräte.
Katalysator
Ich bin immer noch im Zweifel. Eine der Antworten (jetzt gelöscht?) Sagte, dass eine Spannungsreferenz im Konzept nur eine Form eines Brückenarms mit einer zusätzlichen Raffinesse sei. Beachten Sie, dass die V-Spannungsquelle in beiden Schemata geregelt werden sollte.
Brethlosze