Introduction au pont de Wheatstone

Le cœur des capteurs de pression de Merit Sensor est un pont de Wheatstone composé d'un groupe de quatre résistances sur un diaphragme gravé en silicium. Lorsqu'une pression est appliquée sur le diaphragme, les résistances sont sollicitées, ce qui modifie leur résistance.

Dans un cadre idéal, toutes les résistances seraient parfaitement adaptées et totalement indépendantes de la température.

Dans le monde réel, cependant, des différences existent entre les valeurs de résistance de chaque résistance. De plus, la température modifie également les valeurs de résistance. La modification des valeurs de résistance et de la sortie globale du pont due à la température est connue sous le nom de coefficient de température de résistance, ou TCR.

Merci beaucoup applications exiger qu'un capteur de pression fonctionner indépendamment de la température. Dans ces applications, le TCR du capteur de pression doit être compensé.

Il existe deux méthodes générales pour la compensation TCR – passive et active.

En compensation passive, les valeurs des résistances de pont individuelles devront être mesurées afin de déterminer les valeurs nécessaires pour les résistances de compensation.

En compensation active, un microcontrôleur, un conditionneur de signal ou un circuit analogique enregistre la sortie du pont dans diverses conditions de température et de pression et ajuste les sorties du capteur en conséquence.

Configurations de pont

une. Fermé – Un pont dans lequel toutes les résistances sont connectées (voir Figure 1).

Figure 1 – Pont fermé

Dans un pont fermé, il n'y a aucun moyen de mesurer les résistances individuelles car il y aura toujours des influences des trois autres résistances du pont.

b. Semi-ouvert – Un pont qui est divisé en deux branches et connecté à une extrémité (voir Figure 2).

Figure 2 – Pont semi-ouvert

Contrairement au pont fermé, un pont semi-ouvert permet d'effectuer des mesures pour chaque résistance, ce qui est un avantage si les performances du capteur doivent être déterminées. Un pont semi-ouvert permet également d'ajouter une compensation active ou passive selon les besoins.

Un pont semi-ouvert nécessite une connexion électrique supplémentaire.

c. Pleine ouverture – Un pont qui est divisé en deux branches, qui sont ouvertes aux deux extrémités (voir Figure 3).

Figure 3 – Pont complètement ouvert

Semblable au pont semi-ouvert, le pont entièrement ouvert permet de mesurer chaque résistance. En plus de pouvoir utiliser une compensation active ou passive, chaque moitié du pont peut être alimentée et mesurée indépendamment. Ceci est avantageux car certains conditionneurs de signaux couramment utilisés dans les applications de capteurs de pression nécessitent deux branches indépendantes.
Cependant, la configuration pont entièrement ouvert nécessite une connexion électrique supplémentaire au-delà de celle requise par la configuration semi-ouverte.

Exemples d'implémentations

une. Fermé – Étant donné que les résistances individuelles ne peuvent pas être mesurées dans un pont fermé, un pont fermé peut être utilisé avec une compensation active ou dans une application où les fluctuations de sortie du capteur dues aux changements de température sont acceptables.

La figure 4 représente un pont fermé avec compensation active.

Figure 4 – Pont fermé avec dispositif d'interface (ASIC de conditionnement de signal, microcontrôleur, circuits analogiques, etc.)

Un exemple d'application appropriée pour un pont fermé où l'indépendance de la température n'est pas critique est un pressostat, où les mesures de pression absolue ne sont pas aussi importantes que de savoir que vous avez atteint un seuil de pression.

b. Semi-ouvert – La compensation active peut être appliquée au pont semi-ouvert comme dans la Figure 4 ci-dessus. La compensation passive peut également être appliquée au pont semi-ouvert, comme illustré ci-dessous sur la figure 5.

Figure 5 – Pont semi-ouvert avec compensation passive

La mise en œuvre d'un pont semi-ouvert avec compensation passive sur la figure 5 montre les composants ajoutés ainsi que la connexion électrique supplémentaire (Vin+) nécessaire pour fermer le pont. Les résistances supplémentaires, comme elles sont nommées, réalisent une compensation de plage, de zéro et d'impédance de sortie. Ces composants doivent être ajoutés après que les mesures en pont ouvert aient été prises dans les conditions requises.

C. Full Open – Le pont entièrement ouvert a une grande variété d'implémentations. En plus d'être utilisé comme un pont entièrement ouvert, il peut être utilisé comme un pont semi-ouvert (Figure 5) ou un pont fermé (Figure 4). La figure 6 est une illustration de la façon dont un pont entièrement ouvert pourrait être utilisé pour deux fonctions : la température et la pression.

Figure 6 – Pont entièrement ouvert avec deux fonctions

Dans cette mise en œuvre, la moitié du pont est utilisée comme capteur de température et l'autre est utilisée comme capteur de pression. Seule la moitié du signal de sortie de pression sera présente car il n'y a que l'oscillation de tension de la moitié du pont. Cependant, cela offre l'avantage supplémentaire d'un moyen de mesurer la température réelle de la filière. La mesure de température permettra une entrée plus précise pour la compensation de température qu'une mesure de température ambiante ne le ferait.

Choisir la configuration appropriée pour votre application

L'ensemble du système de détection doit être pris en considération lors de la prise de décisions concernant la configuration du pont. Tout d'abord, l'utilisateur doit décider si l'indépendance de la température est importante et si elle l'est, si compensation active ou passive sera utilisé. Si la compensation active est choisie et qu'un conditionneur de signal ou un autre appareil électronique sera utilisé, les exigences de cet appareil doivent être satisfaites.

Soyez prudent car les appareils dotés de fonctions similaires peuvent avoir des exigences très différentes.

Comme indiqué précédemment, chaque configuration a ses propres avantages et inconvénients. Les connexions électriques supplémentaires d'un pont entièrement ouvert ajoutent à la complexité de l'assemblage mais permettent plus de flexibilité ainsi que la possibilité de résoudre plus facilement les problèmes de pont.

En fin de compte, le choix de la configuration du pont doit être basé sur une analyse approfondie du système.

 

 

 

 

 

 

 

Avis de Non-Responsabilité
Merit Sensor Systems fabrique des produits de haute qualité qui fonctionnent dans les paramètres de la fiche technique. Les valeurs typiques de performance de pression et de température ne sont pas testées à 100 % mais elles ont été validées lors de la qualification. Merit Sensor ne peut garantir que le produit fonctionnera correctement après le montage et le post-traitement par le client. Il est de la responsabilité du client de tester et de qualifier la fonction du produit Merit Sensor dans l'emballage final. Le client est responsable des connaissances requises pour manipuler le produit et Merit Sensor n'assume aucune responsabilité pour les dommages indirects pouvant entraîner une perte de rendement ou des défaillances sur le terrain dans l'application finale.
LES INFORMATIONS CONTENUES DANS CE DOCUMENT VOUS SONT FOURNIES « EN L'ÉTAT » SANS GARANTIE NI CONDITIONS D'AUCUNE SORTE, EXPRESSES OU IMPLICITES. Merit Sensor Systems se réserve le droit de modifier ce document et n'assume aucune responsabilité pour les défaillances résultant de l'utilisation de ces informations. Toutes les informations fournies dans ce document sont à titre indicatif seulement.