Bagaimana untuk menguatkan output tolok terikan?

Alat tolok adalah sensor penting yang digunakan dalam pelbagai industri, dari aeroangkasa dan automotif untuk ujian kejuruteraan awam dan bahan. Peranti ini mengukur ketegangan mekanikal dengan mengesan perubahan rintangan elektrik, menyediakan data berharga untuk sistem pemantauan dan kawalan. Walau bagaimanapun, isyarat output tolok terikan sering sangat kecil dan memerlukan penguatan berguna dalam aplikasi praktikal. Dalam catatan blog ini, saya akan berkongsi beberapa kaedah yang berkesan untuk menguatkan output tolok terikan, melukis pengalaman saya sebagai pembekal tolok terikan.

Memahami asas -asas output tolok terikan

Sebelum menyelidiki teknik penguatan, penting untuk memahami sifat output tolok terikan. Tolok terikan biasanya mempunyai rintangan yang berubah mengikut perkadaran dengan ketegangan yang digunakan. Perubahan dalam rintangan biasanya sangat kecil, selalunya pada urutan beberapa ohm atau kurang. Perubahan kecil dalam rintangan ini menghasilkan perubahan yang sama dalam voltan di seluruh tolok terikan apabila ia adalah sebahagian daripada litar.

Voltan output tolok terikan boleh dikira menggunakan formula berikut:
[\ Delta v = \ frac {v_ {exc} \ cdot g \ cdot \ epsilon} {4}]
Di mana:

• (\ Delta v) adalah perubahan voltan output
• (V_ {exc}) adalah voltan pengujaan yang digunakan untuk jambatan tolok terikan
• (G) adalah faktor tolok tolok terikan
• (\ epsilon) adalah ketegangan yang digunakan

Seperti yang anda lihat dari formula, voltan output berkadar terus dengan voltan pengujaan, faktor tolok, dan ketegangan yang digunakan. Walau bagaimanapun, walaupun dengan voltan pengujaan yang agak tinggi dan faktor tolok yang besar, voltan output masih boleh menjadi agak kecil, terutama untuk strain kecil.

Konfigurasi jambatan untuk penguatan

Salah satu cara yang paling biasa untuk meningkatkan output tolok terikan adalah menggunakan konfigurasi jambatan. Jambatan Wheatstone adalah litar jambatan yang paling banyak digunakan untuk aplikasi tolok terikan. Ia terdiri daripada empat elemen rintangan, dengan tolok terikan menjadi satu atau lebih unsur -unsur ini.

Konfigurasi Jambatan Quarter

Dalam konfigurasi jambatan suku tahun, hanya satu daripada empat perintang di Jambatan Wheatstone adalah tolok terikan. Tiga perintang yang lain adalah perintang tetap. Konfigurasi ini mudah dan kos efektif tetapi menyediakan output terendah berbanding dengan konfigurasi jambatan yang lain.

Konfigurasi Jambatan Separuh

Konfigurasi jambatan separuh menggunakan dua alat pengukur terikan. Ini boleh diatur dengan cara yang berbeza, bergantung kepada permohonan. Sebagai contoh, satu tolok terikan boleh digunakan untuk mengukur ketegangan, manakala yang lain boleh digunakan sebagai tolok pampasan suhu. Konfigurasi setengah jambatan menyediakan output yang lebih tinggi daripada konfigurasi Jambatan Quarter.

Tolok ketegangan jambatan penuh

Konfigurasi jambatan penuh menggunakan empat alat pengukur terikan. Konfigurasi ini memberikan output tertinggi dan yang paling sensitif terhadap ketegangan. Ia juga menawarkan pampasan suhu terbaik. Dalam konfigurasi jambatan penuh, semua empat perintang di Jambatan Wheatstone adalah alat pengukur terikan. Ini membolehkan penggunaan maksimum perubahan rintangan yang disebabkan oleh ketegangan dan menghasilkan voltan output yang jauh lebih besar berbanding dengan konfigurasi jambatan suku dan separuh.

Penguat penyaman isyarat

Sebaik sahaja tolok terikan dikonfigurasikan dalam litar jambatan, langkah seterusnya adalah untuk menguatkan isyarat output. Penguat penyaman isyarat direka khusus untuk menguatkan isyarat output kecil dari alat pengukur terikan dan sensor lain. Penguat ini biasanya mempunyai impedans input yang tinggi untuk meminimumkan kesan pemuatan pada jambatan tolok terikan dan bunyi yang rendah untuk memastikan penguatan isyarat yang tepat.

Penguat instrumentasi

Penguat instrumentasi adalah pilihan yang popular untuk menguatkan isyarat tolok terikan. Mereka direka untuk memberikan keuntungan tinggi, nisbah penolakan mod biasa (CMRR), dan voltan mengimbangi yang rendah. CMRR yang tinggi amat penting dalam aplikasi tolok terikan kerana ia membantu menolak sebarang bunyi mod biasa yang mungkin terdapat dalam isyarat input.

Penguat operasi

Penguat operasi (op-amp) juga boleh digunakan untuk menguatkan isyarat tolok terikan. Walaupun op-amp lebih banyak penguat tujuan umum, mereka boleh dikonfigurasi dalam pelbagai cara untuk mencapai penguatan yang dikehendaki. Walau bagaimanapun, berbanding penguat instrumentasi, OP-AMPs mungkin mempunyai CMRR yang lebih rendah dan voltan mengimbangi yang lebih tinggi, yang boleh menjejaskan ketepatan isyarat yang diperkuatkan.

Pengoptimuman voltan pengujaan

Voltan pengujaan yang digunakan untuk jambatan tolok terikan juga memainkan peranan penting dalam menentukan voltan output. Meningkatkan voltan pengujaan boleh secara langsung meningkatkan voltan output tolok terikan, menurut formula yang disebutkan sebelumnya. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa batasan untuk meningkatkan voltan pengujaan.

Pelesapan kuasa

Salah satu batasan utama ialah pelesapan kuasa. Apabila voltan pengujaan meningkat, kuasa yang hilang oleh tolok terikan juga meningkat. Ini boleh menyebabkan terlalu panas tolok terikan, yang boleh menjejaskan ketepatan dan kebolehpercayaannya. Oleh itu, penting untuk memilih voltan pengujaan yang berada dalam penarafan kuasa tolok terikan.

Kebisingan dan gangguan

Pertimbangan lain adalah bunyi dan gangguan. Voltan pengujaan yang lebih tinggi juga boleh meningkatkan kerentanan tolok ketegangan kepada bunyi elektrik dan gangguan. Ini boleh mengakibatkan nisbah isyarat-ke-bunyi yang terdegradasi (SNR), yang boleh menjejaskan ketepatan pengukuran. Oleh itu, penting untuk mengimbangi keperluan untuk voltan pengujaan yang tinggi dengan keperluan untuk meminimumkan bunyi dan gangguan.

Pampasan suhu

Perubahan suhu boleh memberi kesan yang signifikan ke atas output tolok terikan. Apabila suhu berubah, rintangan tolok terikan boleh berubah, walaupun tanpa ketegangan yang digunakan. Ini boleh menyebabkan kesilapan dalam pengukuran. Oleh itu, pampasan suhu adalah aspek penting penguatan tolok terikan.

Pampasan suhu aktif

Pampasan suhu aktif melibatkan menggunakan sensor tambahan atau litar untuk mengukur suhu dan menyesuaikan output tolok terikan dengan sewajarnya. Sebagai contoh, termistor boleh digunakan untuk mengukur suhu, dan output tolok terikan boleh diselaraskan berdasarkan bacaan suhu.

Pampasan suhu pasif

Pampasan suhu pasif boleh dicapai menggunakan konfigurasi jambatan. Sebagai contoh, dalam setengah jambatan atau konfigurasi jambatan penuh, satu atau lebih alat pengukur terikan boleh digunakan sebagai alat pengukur pampasan suhu. Tolok ini diletakkan sedemikian rupa sehingga mereka terjejas oleh perubahan suhu yang sama seperti tolok terikan pengukur tetapi tidak oleh ketegangan yang digunakan. Ini membantu membatalkan perubahan rintangan yang disebabkan oleh suhu dalam tolok terikan pengukuran.

Penapisan isyarat

Sebagai tambahan kepada penguatan, penapisan isyarat juga penting untuk meningkatkan kualiti output tolok terikan. Kebisingan dan gangguan boleh diperkenalkan ke dalam isyarat dari pelbagai sumber, seperti gangguan elektromagnet (EMI), bunyi bekalan kuasa, dan getaran mekanikal.

Penapis lulus rendah

Penapis lulus rendah biasanya digunakan untuk mengeluarkan bunyi frekuensi tinggi dari isyarat tolok terikan. Penapis ini membolehkan isyarat frekuensi rendah (termasuk isyarat yang disebabkan oleh ketegangan) untuk melewati sambil melemahkan bunyi frekuensi tinggi.

Penapis lulus tinggi

Penapis lulus tinggi boleh digunakan untuk mengeluarkan bunyi frekuensi rendah, seperti offset DC dan drift perlahan. Penapis ini membolehkan isyarat frekuensi tinggi melewati sambil melemahkan isyarat frekuensi rendah.

Kesimpulan

Menguatkan output tolok terikan adalah langkah kritikal dalam banyak aplikasi. Dengan menggunakan konfigurasi jambatan yang sesuai, penguat pengkondisian isyarat, mengoptimumkan voltan pengujaan, melaksanakan pampasan suhu, dan menggunakan penapisan isyarat, adalah mungkin untuk meningkatkan output tolok terikan dan meningkatkan ketepatan pengukuran.

Sebagai pembekal tolok terikan, saya memahami pentingnya menyediakan alat pengukur ketegangan berkualiti tinggi dan sokongan yang diperlukan untuk penguatan dan pengkondisian isyarat. Jika anda sedang mencari alat pengukur terikan atau memerlukan nasihat tentang cara menguatkan output mereka, saya menggalakkan anda menghubungi saya untuk perbincangan terperinci. Kami boleh bekerjasama untuk mencari penyelesaian terbaik untuk aplikasi khusus anda.

Rujukan

• Doebelin, Eo (2003). Sistem Pengukuran: Aplikasi dan Reka Bentuk. McGraw-Hill.
• Kumpulan Kistler. (2021). Teknologi tolok ketegangan. Diperolehi dari [URL Laman Web]
• Kejuruteraan Omega. (2021). Buku panduan tolok terikan. Diperolehi dari [URL Laman Web]