¿Deberíamos usar puentes de piedra de trigo hoy en día?

Para medir galgas extensométricas, el puente Wheatstone es la elección histórica.

En un cuarto de brigada de Wheatstone ( $350 \Omega$ típicamente (?)), Con un amplificador de alta impedancia de entrada y algo de voltaje de potencia de puente $V$ , la relación entre el voltaje de salida del puente con cualquier resistencia es 1/4, que es la misma relación en un divisor de voltaje entre el voltaje de salida wrt cualquier resistencia, en comparación con una referencia de voltaje estable de $V/2$ .

Un divisor de voltaje con una referencia de voltaje tendría un ruido de voltaje de aproximadamente 35.16 nV / rtHz (a partir de una referencia de voltaje de 35 nV / rtHz más dos resistencias), y el puente de Wheatstone un ruido de voltaje de 4.86 nV / rtHz (de cuatro resistencias) , que debería ser suficiente (?) para la mayoría de los sistemas ADC (es decir, para 24 bits, rango 0-5V: resolución 300nV).

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

Por lo tanto, ¿por qué molestarse en usar puentes de Wheatstone?

wheatstone-bridge precision strain-gage

— Brethlosze
fuente

Hola Brethlosze, una pregunta interesante que estás planteando, pero me resulta difícil encontrar la pregunta real para responder. "Por lo tanto, ¿por qué molestarse en usar puentes de Wheatstone?". Hay muchas alternativas a un puente de Wheatstone, pero no estoy seguro de entender qué alternativas está considerando en esta pregunta, ¿lo está comparando con un divisor de voltaje con dos resistencias en lugar de los cuatro utilizados en un puente de Wheatstone? Creo que ayudaría a más personas a comprender la pregunta si agregara algunos diagramas o lo hiciera un poco más prolijo;)

— Vinzent,

Sabía que te gustaría un diagrama. Concedido.

— Brethlosze

Información: Los puentes de Wheatstone se pueden conducir desde una fuente de corriente para producir una salida más lineal con cambio de resistencia en aplicaciones de cuarto de puente en comparación con la excitación de voltaje. ¡No se van a ir pronto! Tenga en cuenta que el ADR4525 no tiene un tempco de 0.02 ppm por degC pero típicamente 2 ppm por degC.

— Andy alias

@Andyaka Gran nota. Pero si conduzco un puente con una fuente de corriente, también podría hacer lo mismo en el caso del divisor de voltaje. La regulación de voltaje es más ruidosa, pero ¿más estable?

— Brethlosze

Respuestas:

Lo que falta es que el propósito común de usar un puente Wheatstone es equilibrar dos sensores. Es decir. cuando usamos un puente de Wheatstone, generalmente tenemos dos resistencias variables o fuentes actuales que queremos equilibrar de esta manera;

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Tiene razón al concluir que si solo tenemos un sensor para medir y no dos que queremos equilibrar, entonces el puente Wheatstone no es la forma ideal de hacerlo.

— Vinzent
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El problema con el uso de una versión de referencia de voltaje es que el circuito depende de la diferencia entre dos fuentes de voltaje precisas, V y Vref. En el puente de Wheatstone, solo hay una fuente de voltaje y hay una cancelación de error.

Las referencias de voltaje precisas son ruidosas y difíciles de filtrar sin perder precisión. Tienen buena estabilidad a largo plazo para el voltaje, pero muchos tienen poca estabilidad a corto plazo.

El puente Wheatstone y sus variaciones aún se usan ampliamente en el diseño de equipos de medición. Hay muchos errores de medición en el mundo real que no son solo ruido de resistencia, y un circuito puente a menudo ayuda.

— Tom Anderson
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Tenga en cuenta que los cambios en la resistencia para la mayoría de las aplicaciones de galgas extensométricas (dentro de la región elástica) son pequeños. Si la deformación es de 1000 microstrain - grande para la mayoría de los metales - (entonces 1e3 / 1e6 = 1e-3, AKA 0.001) y el factor de calibre es ~ 2, entonces el cambio en la resistencia es R_nominal * 0.002! Por lo tanto, necesita toda la ayuda y el rechazo de modo común que puede obtener. Los medidores de silicio tienen factores de calibre mucho más altos, pero son caros, difíciles de montar y bastante sensibles a la temperatura. Consulte también la conexión Kelvin (6 hilos), si tiene tendidos de cableado largos, esp. alrededor de equipos eléctricamente ruidosos.

— Catalizador

Todavía estoy en la duda. Una de las respuestas (ahora borrada,?) Decía que una referencia de voltaje era en concepto solo una forma de brazo de puente, con una sofisticación adicional. Tenga en cuenta que sí, la fuente de voltaje V debe regularse en ambos esquemas.

— Brethlosze