فهم دوائر الجسر

إن دوائر الجسور التي تعمل في الهندسة الكهربائية هي أدوات أساسية لقياس الاضطرابات غير المعروفة بدقة عالية، أما جسر الحوتستون الكلاسيكي الذي يتألف من أربعة أسلحة مقاومة مرتبة في شكل الماس، فهو أكثر الطبقات شيوعاً، وعندما يكون الجسر متوازناً، فإن الفولط بين نقطة الوسطين صفراً، أي أن نسبة المقاومين من جهة تعادل النسبة من جهة أخرى، وهذا الشرط يسمح باستخلاص قيم غير معروفة من جهة أخرى.

وتشمل أنواع الجسور الأخرى جسور ماكسويل، وهاي، وتشيرز لقياس المولدات والعبوات، فضلا عن جسر كيلفين المزدوج لقياسات المقاومة المنخفضة، وبغض النظر عن علم الطبقات، فإن جميع دوائر الجسور تتقاسم تحديا مشتركا: فكميات الإنتاج المتباينة غالبا ما تكون صغيرة جدا، وتحتاج عادة إلى مستخرجات كبيرة من الطوابع البلاستيكية أو الميكروفية.

دور المكبرات التفاضلية النشطة

أما المضخمات الفارقية النشطة، التي ترتكز على أجهزة الضخ العاملة (العمليات) فهي مصممة خصيصا لتكثيف الفرق بين إشارة المدخلات، مع رفض أي تطاير مشترك للمدخلين، وهذه الممتلكات، المعروفة باسم رفض الحركة المشتركة، أساسية في قياسات الجسور لأن ارتفاع الجسر (مثل 5 V أو 10 V) يبدو بمثابة إشارة رفض مشتركة في المضخم.

العناصر الأساسية المُضللة للعمليات

ويستخدم المضخم المتفاوت عادة أداة واحدة لتصوير العينات كمجر من الباطن مع أربعة مقاومين دقيقين، ويُقدم الناتج المثالي عن طريق ما يلي:

V]out] = (R) / R]i) × (+ - V

(ب) إذا كان Rf] و]i يحددان المكسب، وفي الممارسة العملية، فإن العمليات الفعلية تنطوي على نسبة محدودة من الرفض المشترك، ومقابلة للمدخلات، وتحيزات يجب حسابها.

معايير الأداء الرئيسية

  • Common-Mode Rejection Ratio (CMRR): ] Measures how well the amplifier rejects similar signals on both inputs. A high CMRR ( ⁇ 100 dB) is necessary to prevent the bridge excitation from corrupting the measure.
  • Input Offset Voltage:] A small DC error that adds to the differential signal. Precision op-amps have compensate voltages below 10 miV.
  • Gain Bandwidth Product (GBWP):] Determines the frequency range over which the amplifier maintains stable gain. For DC bridge measurements, GBWP can be modest; for dynamic signals (e.g., vibration), higher bandwidth is required.
  • Noise density:] Low input voltage noise (nV/Hz) is critical for solving microvolt-level signals.() ومراحل إنتاج السكك الحديدية إلى السكك الحديدية مفيدة أيضاً لتحقيق أقصى قدر من النطاق الدينامي عند استخدام نظم الإمداد الأحادي.

تنفيذ المضخم في دائرة جسر

اختيار علم الاجتماع

ويستخدم أبسط عملية تنفيذ هذه المادة مضخة واحدة من مضخات فرق العمليات، غير أن هذه الطبقات تنطوي على نقص في المدخلات وتتطلب مطابقاً دقيقاً للمقاومة لتحقيق هدف الحد الأدنى من مخاطر الذخائر العنقودية، ومن المفضل أن يكون جهاز كمبلد أجهزة (INA) (الوكالة الوطنية للتصنيف الصناعي) يستخدم هيكلاً ثلاثياً ومتوسطاً: فإن المكوِّنات الاحتياطية للمدخلات توفر الحد الأدنى من المكاسب النهائية وضماناً مشتركاً(21).

العنصر

  • Op-amp or INA:] Choose a tool with low compensate, high CMRR, and appropriate bandwidth. For resistive bridge sensors, a helicopters-stabilized op-amp minimizes drift.
  • Resistors:] Use precision metal-film resistors with tolerance ”0.1% and low temperature coefficient (50 ppm/°C) for the gain setting network. Mismatch directly degrades CMRR.
  • Power Supply:] Clean, regulated supplies are essential. For battery-operated instruments, use low-dropout regulators and decoupling capacitors (0.1 ميكروF and 10 kiF) close to the amplifier power tanks.
  • Input Protection:] Series resistors (1 k

النظر في العيون من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ويتأثر الإضاءة والاستقرار تأثراً شديداً بالتصميم، ويتبع هذه المبادئ التوجيهية:

  • وضع المضخم على أقرب قدر ممكن من الجسر لتقليل طول التعقب إلى أدنى حد وتقليل التدخل الكهرومغناطيسي.
  • استخدام طائرة أرضية صلبة تحت المضخم والجسر، وقطع الأنابيب والطرق الرقمية إذا استخدم نظام متعدد المواقع، وربطها في نقطة واحدة.
  • ابقوا على مسارات التغذية القصيرة وتجنب توجيه إشارات رقمية عالية السرعة قرب المدخلات المضخمة
  • أضف حلقات الحراسة حول مدخلات عالية التبسيط لتقليل التسرب

معرض التصميم العملي: جسر القمح مع قوق سترين

(ب) النظر في دائرة قياس ربع الحافة، وضع مقياس واحد نشط للضغط مع مقاومة رمزية قدرها 350 قطعة في ذراع واحد، بينما تم وضع ثلاثة خواص من عيار 350 درجة في الثانية عشرة على الجسر، ومجموع التلقيح هو 5 في المائة.

Circuit Configuration

وباستخدام نظام تقييم دولي مثل AD8221، حدد المكسب بمقاوم خارجي واحد (RG]) (]G = 49.4 k/RG + 1) ويجب أن يكون الاتجاه القطبي للمدخلات.

خطوات المعايرة

  1. ومع عدم تطبيق أي سلالة (توازن الحواف)، عدل الترم الثلاثي (إذا كان متاحا) إلى الصفر في الناتج، ويشمل العديد من عمليات التقييم الحديثة أداة مرجعية؛ وترسيخ الإشارة أو تطبيق مجموعة دقيقة من الفولط، يحدد الناتج الصفري.
  2. تطبيق معايرة آلية معروفة (مثلاً، مقاوم شلن عبر القذارة) لتحفيز تغير المقاومة المعروف والتحقق من المكسب.
  3. قياس الناتج بمطياف رقمي أو بمقياس للجرعات الإنمائية، حاسب المكسب الفعلي وتعديله ] ، إذا لزم الأمر.
  4. تسجيل أن الناتج ينجرف على درجة الحرارة والوقت للتعويض رقميا إذا لزم الأمر.

تعزيز الأداء مع إعداد الملفات النشطة

وبعد التكسير، يمكن أن يؤدي التسمية الإضافية إلى زيادة تحسين نوعية الإشارة، كما أن مرشحاً من الدرجة الثانية منخفضاً من حيث التردد، يتجاوز ترددات الإشارة الأعلى بقليل، يقلل من الضوضاء على النطاق الواسع ويمنع الإسم في مركز البيانات الجمركية، ويمكن تنفيذ المرشّح باستخدام التلويث المروحي المصفّر المميت باستخدام نفس المقياس (إذا استخدمت مجموعات القياس المزدوجة/الكمية) أو بمصفوفة المخصّصة.

أما بالنسبة للطلبات التي تتطلب العزلة (مثل الأجهزة الطبية أو البيئات الصناعية ذات الفول المرتفع)، فينبغي وضع مضخم معزول أو محول رقمي بعد المضخم المتفاوت، مما يكسر حلقات أرضية ويحمي الإلكترونيات المستخدمة في القياس.

الشلالات المشتركة والاضطرابات

  • Poor CMRR due to resistanceor mismatch:] Use resistor networks with matched ratios, or implement an instrumentation amplifier with internal laser trimming.
  • Oscillation:] caused by excessive capacitive load on the output or insufficient decoupling. Add a small series resistanceor (10 - 50 TH) at the output or reduce the gain bandwidth by added a feedback capacitor.
  • Offset drift:] If the output changes with temperature, ensure that the op-amp is specified for low overarching and that the bridge is the rmally balanced (e.g., dummy gauges for temperature compensation).
  • Noise pickup:] Shield twisted-pair input wires and connect the shield to the analog ground at one point only. Avoid routing the input wires near exchangeing power supplies or motors.

تطبيقات المكثفات التفاضلية النشطة في الجسور

وفيما عدا قياسات الإجهاد، تستخدم المضخمات التفاضلية العاملة في:

  • مترجمو الإجهاد: ] Piezoresistive bridge sensors for automotive and medical applications.
  • Thermal sensors:] Platinum resistance temperature detectors (RTDs) in a Wheatstone bridge.
  • Magnetic field sensors:] Giant magnetoresistance (GMR) bridges for currentens and position detection.
  • Weigh scales:] Load cells produce millivolt-level outputs that require precision amplification and digitization.
  • Angular position sensors:] Hall —effect bridges used in brushless DC motor commutation.

خاتمة

ولا غنى عن أجهزة الدمج الفعّالة لاستخراج إشارات نظيفة ومضخمة من دوائر الجسور، وباختيار عناصر دقيقة - خاصة، مضخم أو أجهزة الصقل، والمقاومين، وإمدادات الطاقة - وبعد ممارسات صارمة لتحديد المواقع والمقاييس، يمكن للمهندسين أن يتوصلوا إلى قرارات قياسية إلى مجموعات صغيرة، وتطبق المبادئ التي نوقشت هنا على مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار القائمة على الجسر، مما يجعل من الأجهزة الفعالة أكثر دقة.