ホイートストンブリッジの紹介

Merit Sensorの圧力センサーの心臓部は、シリコンエッチングされたダイアフラム上のXNUMXつの抵抗器のグループで構成されるホイートストンブリッジです。 ダイヤフラムに圧力がかかると、抵抗にストレスがかかり、抵抗が変化します。

理想的な設定では、すべての抵抗器が完全に一致し、完全に温度に依存しません。

ただし、現実の世界では、各抵抗器の抵抗値には違いがあります。 さらに、温度によって抵抗値も変化します。 温度による抵抗値と全体的なブリッジ出力の変化は、温度抵抗係数（TCR）として知られています。

その他にもたくさんのグーグルの それを要求する 圧力センサー 温度に関係なく動作します。 これらのアプリケーションでは、圧力センサーのTCRを補正する必要があります。

TCR補正には、パッシブとアクティブのXNUMXつの一般的な方法があります。

パッシブ補償では、補償抵抗に必要な値を決定するために、個々のブリッジ抵抗値を測定する必要があります。

アクティブ補償では、マイクロコントローラー、シグナルコンディショナー、またはアナログ回路がさまざまな温度および圧力条件でブリッジ出力を記録し、それに応じてセンサー出力を調整します。

ブリッジ構成

a。 クローズ–すべての抵抗が接続されているブリッジ（図1を参照）。

図1-閉じた橋

閉じたブリッジでは、ブリッジの他のXNUMXつの抵抗器からの影響が常にあるため、個々の抵抗器を測定する方法はありません。

b。 ハーフオープン– 2つの分岐に分割され、一方の端で接続されているブリッジ（図XNUMXを参照）。

図2–ハーフオープンブリッジ

閉じたブリッジとは対照的に、半分開いたブリッジでは、抵抗ごとに測定を行うことができます。これは、センサーのパフォーマンスを決定する必要がある場合に役立ちます。 ハーフオープンブリッジでは、必要に応じてアクティブまたはパッシブの補償を追加することもできます。

ハーフオープンブリッジには、追加の電気接続が必要です。

c。 全開–両端が開いている3つの分岐に分割された橋（図XNUMXを参照）。

図3–完全に開いた橋

ハーフオープンブリッジと同様に、フルオープンブリッジでは各抵抗を測定できます。 アクティブまたはパッシブ補償のいずれかを使用できることに加えて、ブリッジの各半分に個別に電力を供給して測定することができます。 圧力センサーアプリケーションで一般的に使用される一部のシグナルコンディショナーはXNUMXつの独立したブランチを必要とするため、これは有益です。
ただし、フルオープンブリッジ構成では、ハーフオープン構成で必要な接続以外に追加の電気接続が必要です。

実装例

a。 クローズド–クローズドブリッジでは個々の抵抗を測定できないため、クローズドブリッジはアクティブな補償を使用するか、温度変化によるセンサー出力の変動が許容されるアプリケーションで使用できます。

図4は、アクティブな補償を備えた閉じたブリッジを示しています。

図4–インターフェイスデバイス（シグナルコンディショニングASIC、マイクロコントローラー、アナログ回路など）を備えたクローズドブリッジ

温度の独立性が重要ではない閉じた橋の適切なアプリケーションのXNUMXつの例は、圧力スイッチです。この場合、絶対圧力の測定値は、圧力のしきい値に達したことを知るほど重要ではありません。

b。 ハーフオープン–上記の図4のように、アクティブ補正をハーフオープンブリッジに適用できます。 下の図5に示すように、パッシブ補正はハーフオープンブリッジにも適用できます。

図5–パッシブ補償を備えたハーフオープンブリッジ

図5のパッシブ補償を備えたハーフオープンブリッジの実装は、追加されたコンポーネントと、ブリッジを閉じるために必要な追加の電気接続（Vin +）を示しています。 追加の抵抗は、その名前が付けられているように、スパン、ゼロ、および出力インピーダンスの補償を実現します。 これらのコンポーネントは、必要な条件でオープンブリッジ測定を行った後に追加する必要があります。

C.フルオープン–フルオープンブリッジにはさまざまな実装があります。 フルオープンブリッジとして使用されることに加えて、ハーフオープン（図5）またはクローズドブリッジ（図4）として使用できます。 図6は、温度と圧力のXNUMXつの機能にフルオープンブリッジを使用する方法を示しています。

図6–XNUMXつの機能を備えたフルオープンブリッジ

この実装では、ブリッジの半分が温度センサーとして使用され、残りの半分が圧力センサーとして使用されています。 ブリッジの半分の電圧振幅しかないため、圧力出力信号の半分だけが存在します。 ただし、これにより、実際のダイ温度を測定する手段の追加の利点が得られます。 温度測定により、周囲温度測定よりも正確な温度補償入力が可能になります。

アプリケーションに適切な構成を選択する

ブリッジ構成を決定する際には、センシングシステム全体を考慮に入れる必要があります。 まず、ユーザーは温度の独立性が重要かどうか、重要な場合は重要かどうかを判断する必要があります アクティブまたはパッシブ補正 使用されます。 アクティブな補償が選択され、シグナルコンディショナーまたは他の電子デバイスが使用される場合、そのデバイスの要件を満たす必要があります。

同様の機能を持つデバイスの要件は大きく異なる可能性があるため、注意してください。

前に説明したように、各構成には独自の長所と短所があります。 フルオープンブリッジの追加された電気接続により、組み立てが複雑になりますが、柔軟性が高まり、ブリッジの問題をより簡単にトラブルシューティングできるようになります。

最終的に、ブリッジ構成の選択は、システムの徹底的な分析に基づく必要があります。

 

 

 

 

 

 

 

免責事項
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