Муфты электромонтажные от производителя Fucon
РадиоЛоцман - Все об электронике

Программируемое сопротивление в мостовой схеме

Такие чувствительные устройства, как тензодатчики, RTD (резистивные датчики температуры) и термисторы, меняют свое сопротивление пропорционально силе или температуре. Измерив сопротивление датчика, можно рассчитать физический параметр. Измерить неизвестное сопротивление помогают такие схемы, как мосты сопротивлений.

Пленочные конденсаторы Hongfa для построения AC/DC- и DC/AC-преобразователей

На Рисунке 1 показана типичная мостовая схема, где RT – неизвестное сопротивление. Заменив REQ программируемым усилителем, можно сбалансировать мост. Сопротивление REQ может установить напряжение VBRIDGE, равным 0 В, на основании чего можно рассчитать RT и преобразовать его значение в единицы силы или температуры.

Измеряя VBRIDGE и регулируя REQ, можно сбалансировать мостовую схему и рассчитать RT.
Рисунок 1. Измеряя VBRIDGE и регулируя REQ, можно сбалансировать
мостовую схему и рассчитать RT.

Схема на Рисунке 2а представляет собой программируемый усилитель, выходное напряжение которого пропорционально цифровому входному коду ЦАП (цифро-аналогового преобразователя). ЦАП и усилитель A1 образуют программируемый инвертирующий усилитель. Схема фактически работает как делитель, поскольку ее коэффициент усиления или передаточная функция меньше 1. Разница между напряжениями VIN и VOUT определяет величину тока, проходящего через резистор R. Это значение можно использовать для расчета сопротивления REQ в мостовой схеме. Эквивалентная схема программируемого усилителя показана на Рисунке 2б.

Программирование выходного напряжения ЦАП изменяет REQ, позволяя сбалансировать мостовую схему (а). Эквивалентная схема (б).
Рисунок 2. Программирование выходного напряжения ЦАП изменяет REQ, позволяя сбалансировать мостовую
схему (а). Эквивалентная схема (б).

Изменяя выходное напряжение ЦАП путем программирование его с помощью микроконтроллера или ПК, а затем, измеряя напряжение моста и регулируя REQ до тех пор, пока мост не придет в равновесие, можно настроить REQ.

Поскольку усилитель A1 инвертирующий, коэффициент усиления схемы равен

где члены D представляют значения битов ЦАП. Если используется 12-битный ЦАП, то N = 12.

Чтобы рассчитать сопротивление REQ, необходимо знать ток в цепи. Если предположить, что буферный усилитель A2 имеет бесконечное входное сопротивление и нулевой ток смещения, можно рассчитать ток IIN, который равен

и

Чтобы проверить эту схему, нужно просто подключить регулируемый источник постоянного напряжения к VIN и измерить эффективное сопротивление с помощью омметра. В Таблице 1 приведены значения ожидаемого и фактического сопротивления и рассчитанная погрешность для схемы с 12-разрядным ЦАП.

Таблица 1. Зависимость выходного сопротивления от входного кода
(R = 10 кОм, N = 12)
Десятичный
код
Шестнадцатеричный
код
Ожидаемое
значение
REQ (Ом)
Фактическое
значение
REQ (Ом)
Ошибка
(%)
0000 0000 10000.00 10000.02 0.02
0001 0001 9997.56 9997.56 0.00
0002 0002 9995.12 9995.16 0.04
0004 0004 9990.24 9990.28 0.04
0008 0008 9980.51 9980.54 0.03
0016 0010 9961.09 9961.12 0.03
0032 0020 9922.48 9922.46 –0.02
0064 0040 9846.15 9846.16 0.01
0128 0080 9696.97 9696.98 0.01
0256 0100 9411.76 9411.76 0.00
0512 0200 8888.89 8888.90 0.01
1023 03FF 8001.56 8001.58 0.02
1024 0400 8000.00 8000.01 0.01
2048 0800 6666.67 6666.68 0.01
4095 0FFF 5000.61 5000.60 –0.01

На Рисунке 3 показана схема, в которой к мосту подключен компаратор. Цифровой выход компаратора можно подключить к микроконтроллеру или ПК, который затем будет регулировать выходное напряжение ЦАП. Рассчитав REQ, можно затем вычислить RT и по кривой сопротивления датчика определить деформацию или температуру.

В этой схеме компаратор подключен к мосту.
Рисунок 3. В этой схеме компаратор подключен к мосту.

Используя схему на Рисунке 1, можно реализовать цифровое управление сопротивлением резистора, используя всего один прецизионный компонент – резистор R. Если нужно увеличить коэффициент усиления схемы, можно заменить повторитель напряжения A2 на неинвертирующий усилитель.

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Program resistance in a bridge circuit

Электронные компоненты. Скидки 15%, кэшбэк 15% и бесплатная доставка от ТМ Электроникс
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя