Перейти к содержанию

Возбуждение моста

Мостовой датчик сам ничего не вырабатывает: выход тензодатчика или датчика давления пропорционален тому, чем мост питают. Это питание называют возбуждением, и от его схемы зависят точность, шум и потребление.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Возбуждение моста (bridge excitation) — напряжение или ток, которым питают мост Уитстона датчика. Мост — это две параллельные ветви-делителя, и без нагрузки на каждой средней точке около половины возбуждения (TI, SBAA532A, разд. 2). Выход моста — разность этих точек, и он пропорционален возбуждению: поэтому чувствительность тензодатчика задают в мВ/В, как номинальный выход.

Напряжение: ток и логометрия

Чаще мост питают напряжением. Две вещи, которые нужно посчитать:

  • Ток. У моста 350 Ом при 5 В — 14,3 мА (разд. 4.2). TI подчёркивает, что это может быть больше тока всей остальной схемы и стать главной статьёй бюджета мощности. Батарейные весы выключают мост между измерениями.
  • Падение на проводах. Ток возбуждения на сопротивлении проводов уменьшает напряжение на самом мосту. Это убирают шестипроводным включением, где линии SENSE подают напряжение моста на опорный вход АЦП, — по сути четырёхпроводное измерение.

Если тем же напряжением, что питает мост, задать опорный вход АЦП, результат перестаёт зависеть от точного значения возбуждения — это логометрическое измерение (разд. 3.1).

Ток вместо напряжения

У мостов, где меняются одно или два плеча, есть собственная нелинейность схемы. По TI возбуждение током уменьшает её у моста с одним активным элементом и полностью убирает у моста с двумя активными элементами в противоположных плечах (разд. 2.1).

Переменное возбуждение

При переменном возбуждении (AC excitation) полярность меняют между двумя измерениями. Выход моста меняет знак, а смещения после него — нет:

(+Uвых+Uсм)−(−Uвых+Uсм)2=Uвых.\frac{(+U_\text{вых} + U_\text{см}) - (-U_\text{вых} + U_\text{см})}{2} = U_\text{вых}.

Так сокращаются паразитные термо-ЭДС и смещение усилителя (разд. 5.4). Смещение внутри самого моста этим не убирается — для него нужна калибровка. Подключение тензодатчиков к HX711 — в статье «Тензодатчики и HX711».

Частые вопросы

Каким напряжением возбуждать тензодатчик?

В пределах паспорта датчика: у Omega LCL816G 5–12 В, у датчика из примера TI до 15 В. Выход растёт пропорционально возбуждению, но растёт и ток моста: у моста 350 Ом при 5 В это уже 14,3 мА. Удобнее всего питать мост тем же напряжением, что и опорный вход АЦП: так измерение становится логометрическим.

Зачем возбуждать мост током, а не напряжением?

Чтобы уменьшить собственную нелинейность моста, в котором меняется одно или два плеча. По TI при возбуждении током нелинейность моста с одним активным элементом уменьшается, а у моста с двумя активными элементами в противоположных плечах исчезает. Для полного моста тензодатчика, у которого нелинейности схемы нет, обычно хватает напряжения.

Что такое переменное возбуждение моста?

Схема, в которой полярность возбуждения меняют между двумя измерениями: сначала плюс сверху моста, потом снизу. Выход моста меняет знак, а смещения после моста — нет, и разность двух измерений, делённая на два, даёт чистый выход моста. TI описывает это как способ убрать паразитные термо-ЭДС и смещение усилителя.

Источники

  1. Texas Instruments. Lizon B., Wu J. A Basic Guide to Bridge Measurements (SBAA532A, February 2022, revised March 2024) — разд. 2: мост — две параллельные ветви-делителя напряжения возбуждения VEXCITATION, выход каждой без нагрузки около VEXCITATION/2; выход моста пропорционален VEXCITATION; разд. 2.1.1.1 и 2.1.2.1 — возбуждение током уменьшает нелинейность моста с одним активным элементом и убирает нелинейность моста с двумя активными элементами в противоположных плечах; разд. 3.1 — логометрическое измерение не зависит от точного значения возбуждения; разд. 4.2 — у моста 350 Ом при 5 В ток 14,3 мА, он может быть больше тока всей измерительной схемы, рассеяние в мосте может быть главной статьёй бюджета мощности; большой ток с паразитным сопротивлением цепи возбуждения даёт расхождение напряжения на мосту и опорного — убирает шестипроводное включение; разд. 4.3 — синфазное напряжение выхода — половина возбуждения; разд. 5.4 — переменное возбуждение: полярность возбуждения меняют между фазами, (фаза 1 − фаза 2)/2 = VOUT, смещения после моста (паразитные термопары, смещение усилителя) сокращаются, ключи управляются неперекрывающимися сигналами
  2. Microchip. Baker B. C. AN717: Building a 10-bit Bridge Sensing Circuit using the PIC16C6XX and MCP601 Operational Amplifier (DS00717A, 1999) — табл. 1 — возбуждение тензодатчика Omega LCL816G 5–12 В; разд. Error Sources — мост даёт малое дифференциальное напряжение, пропорциональное возбуждению; смещение системы может меняться с условиями, в том числе с напряжением или током возбуждения

Нашли ошибку?

Смотрите также