Devemos usar pontes de wheatstone hoje em dia?


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Para medir extensômetros, a ponte Wheatstone é a escolha histórica.

Em um quarto de onda de Wheatstone ( 350Ω tipicamente (?)), Com um amplificador de alta impedância de entrada e alguma tensão de potência da ponte V , a razão entre a tensão de saída da ponte e qualquer resistor é 1/4, que é a mesma proporção em um divisor de tensão entre a tensão de saída e qualquer resistor, em comparação com uma referência de tensão estável de V/2 .

insira a descrição da imagem aqui

Um divisor de tensão com uma referência de voltagem teria um ruído de voltagem de cerca de 35,16 nV / rtHz (a partir de uma referência de voltagem de 35 nV / rtHz mais dois resistores), e o Wheatstone controla um ruído de voltagem de 4,86 ​​nV / rtHz (de quatro resistores) , o que deve ser suficiente (?) para a maioria dos sistemas ADC (ou seja, para 24 bits, faixa de 0-5V: resolução de 300nV).

0.02% 2 ppm/C4 ppm/C0.005%2 ppm/C8 ppm/C

Portanto, por que se preocupar em usar pontes Wheatstone?


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Olá Brethlosze, uma pergunta interessante que você está fazendo, mas acho difícil encontrar a pergunta real a ser respondida. "Por isso, por que se preocupar em usar Wheatstone Bridges?". Existem muitas alternativas para uma ponte de Wheatstone, mas não sei se entendi bem quais alternativas você está considerando nesta pergunta. Você está comparando-o a um divisor de tensão com dois resistores, em vez dos quatro usados ​​em uma ponte de Wheatstone? Eu acho que ele iria ajudar mais pessoas a entender a pergunta se você adicionou alguns diagramas, ou feito um pouco mais prolixo;)
Vinzent

Eu sabia que você gostaria de um diagrama. Concedido.
Brethlosze 21/09/19

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Informação: As pontes de Wheatstone podem ser acionadas a partir de uma fonte de corrente para produzir uma saída mais linear com mudança de resistência em aplicações de quartos de ponte em comparação com a excitação de tensão. Eles não vão embora em breve! Observe que o ADR4525 não possui um tempco de 0,02 ppm por degC, mas normalmente 2 ppm por degC.
Andy aka

@Andyaka Ótima nota. Mas se eu dirigir uma ponte com uma fonte de corrente, também poderia fazer o mesmo no caso do divisor de tensão. O regulamento da tensão é mais barulhento, mas mais estável?
Brethlosze 24/09/19

Respostas:


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O que você está perdendo é que o objetivo comum de usar uma ponte Wheatstone é equilibrar dois sensores. Ou seja. quando usamos uma ponte de Wheatstone, geralmente temos duas resistências variáveis ​​ou fontes de corrente que queremos equilibrar assim;

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Você está certo ao concluir que, se tivermos apenas um sensor para medir e não dois que queremos equilibrar, a ponte Wheatstone não é a maneira ideal de fazê-lo.


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O problema do uso de uma versão de referência de tensão é que o circuito depende da diferença entre duas fontes de tensão precisas, V e Vref. Na ponte Wheatstone, existe apenas uma fonte de tensão e há algum cancelamento de erro.

As referências precisas de tensão são barulhentas e difíceis de filtrar sem perder a precisão. Eles têm boa estabilidade a longo prazo para a tensão, mas muitos têm baixa estabilidade a curto prazo.

A ponte Wheatstone e suas variações ainda são amplamente utilizadas no projeto de equipamentos de medição. Existem muitos erros de medição no mundo real que não são apenas ruído do resistor, e um circuito em ponte geralmente ajuda.


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Observe que as mudanças na resistência para a maioria das aplicações de extensômetros (dentro da região elástica) são pequenas. Se a tensão for de 1000 microtransportas - grande para a maioria dos metais - (então 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0,001) e o fator de medida for ~ 2, a mudança na resistência será R_nominal * 0,002! Então, você precisa de toda a ajuda e rejeição do modo comum que conseguir. Os medidores de silício têm fatores de calibre muito mais altos, mas são caros, difíceis de montar e bastante sensíveis à temperatura. Veja também conexão Kelvin (6 fios), se você tiver longas ligações de fiação, esp. em torno de equipamentos eletricamente ruidosos.
Catalyst

Eu ainda estou na dúvida. Uma das respostas (agora excluída?) Dizia que uma referência de tensão era, no conceito, apenas uma forma de braço de ponte, com uma sofisticação adicional. Observe que sim, a fonte de tensão V deve ser regulada nos dois esquemas.
Brethlosze 24/09/19
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