Circuite de măsurare a senzorilor - Puntea Wheatstone

Scopul lucrării: cercetarea diferitor circuite de conectare și măsurare a senzorilor, precum divizorul de tensiune și puntea Wheatstone. Determinarea valorilor optimale a rezistențelor pentru a obține o sensibilitate mai mare. Determinarea configurației optimale a punții Wheatstone. Aplicarea punții Wheatstone pentru măsurarea traductorului tensorezistiv.

În practică, senzorii de tip rezistivi cel mai des se conectează în circuite de măsurare precum divizorul de tensiune și puntea Wheatstone. Aceasta este necesar pentru a converti modificarea rezistenței senzorului într-un semnal electric precum tensiunea, deoarece este mai ușor de preluat și prelucrat. Pentru acest scop cel mai des folosit modul este convertorul analog-digital (CAD), care este prezent la multe modele de microcontrollere. Cei mai des utilizați senzori rezistivi sunt termistorii, fotorezistorii, fototranzistorii, traductorii tensorezistivi, etc.

Divizorul de tensiune În Figura 1 este prezentat un divizor de tensiune pe bază de 2 rezistențe unite în serie, RL și RS. Tensiunea aplicată o vom nota prin Vcc. RL este rezistența de sarcină iar RS este rezistența echivalentă a senzorului. Dacă vom exprima rezistența senzorului în stare pasivă (nu se aplică nici un factor excitant) prin R0, atunci factorul de modificarea a rezistenței senzorului „x” o putem exprima în felul următor:

Divizor de tensiune pentru măsurarea senzorului de tip rezistiv.

Puntea Wheatstone

A fost inventată de Samuel Hunter Christie în 1833, însă a fost optimizată și popularizată de către Sir Charles Wheatstone în 1843. Puntea dată prezintă o combinație a două divizoare de tensiune (vezi Figura 3). Se folosește cel mai des în calitate de circuit pentru măsurarea valorii unei rezistențe necunoscute prin echilibrarea celor două ramuri. În Figura 3 este prezentată puntea Wheatstone cu un potențiometru. Astfel, R1 și R2 prezintă un divizor de tensiune si R3 și R4 prezintă al divizor, care sunt unite în paralel. Prin urmare tensiunea în punctul a și b sunt egale cu:

Astfel, sensibilitatea pentru puntea Wheatstone este similară cu cea a divizorului de tensiune. Astfel apare întrebarea: „Care este totuși avantajul punții Wheatstone?”. Figura 5b și 5c prezintă tensiunea de ieșire a ambelor circuite (Divider - divizor de tensiune și Wheatstone - puntea) pentru modificări foarte mici ale lui x, respectiv. După cum se poate observa, în cazul divizorului de tensiune avem prezente tensiuni de offset, iar curbele de răspuns par că nu se modifică, adică au sensibilitatea aproape de zero. Totuși, în cazul punții Wheatstone nu este prezentă tensiunea de offset cu o modificare treptată a semnalului, care cu ajutorul unui amplificator poate fi mărită la nivelul necesar.