Faut-il utiliser des ponts de Wheatstone de nos jours?

Pour mesurer les jauges de contrainte, le pont de Wheatstone est le choix historique.

Dans un quartier de Wheatstone brigde ( typiquement (?)), Avec un amplificateur à haute impédance d'entrée et une tension d'alimentation de pont , le rapport entre la tension de sortie du pont par n'importe quelle résistance est de 1/4, ce qui est le même rapport un diviseur de tension entre la tension de sortie par rapport à n'importe quelle résistance, par rapport à une référence de tension stable de . $350 \Omega$ $V$ $V/2$

Un diviseur de tension avec une référence de tension aurait un bruit de tension d'environ 35,16 nV / rtHz (à partir d'une référence de tension de 35 nV / rtHz plus deux résistances), et le pont de Wheatstone un bruit de tension de 4,86 nV / rtHz (à partir de quatre résistances) , ce qui devrait être suffisant (?) pour la plupart des systèmes ADC (c'est-à-dire pour 24 bits, plage 0-5V: résolution 300nV).

Et une référence de tension ( erreur initiale , , AD, ADR4525 ), serait plus stable et précise (?) Environ , qu'une résistance de précision ( erreur, , Vishay, MR100 ), environ . $0.02\%$ $2 \ ppm/C^\circ$ $4\ ppm/C^\circ$ $0.005\%$ $2 \ ppm/C^\circ$ $8 \ ppm/C^\circ$

Par conséquent, pourquoi s'embêter à utiliser des ponts Wheatstone?

wheatstone-bridge precision strain-gage

— Brethlosze
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Bonjour Brethlosze, Une question intéressante que vous posez, mais j'ai du mal à trouver la vraie question à laquelle répondre. "Par conséquent, pourquoi s'embêter à utiliser des ponts de Wheatstone?". Il existe de nombreuses alternatives à un pont de Wheatstone, mais je ne suis pas sûr de bien comprendre quelles alternatives vous envisagez dans cette question, le comparez-vous à un diviseur de tension avec deux résistances plutôt qu'aux quatre utilisées dans un pont de Wheatstone? .. Je pense que cela aiderait plus de gens à comprendre la question si vous ajoutiez des diagrammes, ou les rendiez un peu plus verbeux;)

— Vinzent

Je savais que tu aimerais un diagramme. Accordé.

— Brethlosze

Information: les ponts Wheatstone peuvent être entraînés à partir d'une source de courant pour produire une sortie plus linéaire avec un changement de résistance dans les applications quart de pont par rapport à l'excitation de tension. Ils ne s'en vont pas bientôt! Notez que l'ADR4525 n'a pas un tempco de 0,02 ppm par degC mais généralement 2 ppm par degC.

— Andy aka

@Andyaka Grande note. Mais si je conduis un pont avec une source de courant, cela pourrait également être le même dans le cas du diviseur de tension. La régulation de tension est plus bruyante, mais plus stable?

— Brethlosze

Réponses:

Ce qui vous manque, c'est que l'objectif commun de l'utilisation d'un pont de Wheatstone est d'équilibrer deux capteurs. C'est à dire. lorsque nous utilisons un pont de Wheatstone, nous avons généralement deux résistances variables ou sources de courant que nous voulons équilibrer comme ceci;

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Vous avez raison de conclure que si nous n'avons qu'un seul capteur à mesurer et non deux que nous voulons équilibrer, le pont de Wheatstone n'est pas le moyen idéal de le faire.

— Vinzent
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Le problème avec l'utilisation d'une version de référence de tension est que le circuit dépend de la différence entre deux sources de tension précises, V et Vref. Dans le pont de Wheatstone, il n'y a qu'une seule source de tension et il y a une annulation d'erreur.

Des références de tension précises sont bruyantes et difficiles à filtrer sans perdre en précision. Ils ont une bonne stabilité à long terme pour la tension, mais beaucoup ont une mauvaise stabilité à court terme.

Le pont de Wheatstone et ses variantes sont encore largement utilisés dans la conception d'équipements de mesure. Il existe de nombreuses erreurs de mesure réelles qui ne sont pas uniquement du bruit de résistance, et un circuit en pont aide souvent.

— Tom Anderson
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Notez que les changements de résistance pour la plupart des applications de jauges de contrainte (dans la région élastique) sont faibles. Si la déformation est de 1000 microrétraintes - grande pour la plupart des métaux - (donc 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0,001) et que le facteur de jauge est ~ 2, alors le changement de résistance est R_nominal * 0,002! Vous avez donc besoin de toute l'aide et du rejet en mode commun que vous pouvez obtenir. Les jauges en silicium ont des facteurs de jauge beaucoup plus élevés, mais elles sont chères, difficiles à monter et assez sensibles à la température. Voir également la connexion Kelvin (6 fils), si vous avez de longs câbles, en particulier. autour des équipements électriquement bruyants.

— Catalyst

Je suis toujours dans le doute. L'une des réponses (maintenant supprimée,?) A déclaré qu'une référence de tension n'était en principe qu'une forme de bras de pont, avec une sophistication supplémentaire. Notez que oui, la source de tension V doit être régulée dans les deux schémas.

— Brethlosze