Determinación de los parámetros de un puente de Wheatstone

Voy a suponer que esto es un problema de la tarea, ya que con solo mirarla puedo ver que la disipación de potencia en el elemento sensor es excesiva para fines prácticos (como Andy ha justificado numéricamente en su respuesta).

Tenga en cuenta que para un termistor NTC el circuito del puente que se muestra es incorrecto, el termistor y el R3 necesitan intercambiar lugares.

Como puede darse cuenta, este problema no tiene restricciones ya que no se proporciona el voltaje del puente, por lo que puede haber más de una solución si existe una solución. Por lo tanto, intentemos restringirlo más ... claramente (aunque nunca será lo más probable posible) nos gustaría minimizar la disipación de energía en el termistor. Para hacer eso, podemos reducir el valor del voltaje de excitación hasta que exista una sola solución (módulo, algún factor de escala en el brazo de resistencia).

Esto se debe a que, al variar el valor de R3, habrá un valor que le dará un cambio máximo de salida para un cambio de resistencia del termistor de 174 ohmios a 1100 ohmios. Claramente, si R3 está abierto o en corto, obtienes cero cambios, el máximo está en algún lugar entre.

Se puede mostrar (ejercicio que queda para el alumno: ¿cómo lo abordaría?) que la excitación mínima del puente es de 23.20 V, y por lo tanto, R3 debería tener un valor de 437.5 \ $ \ Omega PS

Ahora necesitamos resolver para que el divisor obtenga 0V a 0 ° C (1100 ohmios). Siendo perezoso, estableceré R2 en 437.5 \ $ \ Omega \ $ y R1 en 1100 \ $ \ Omega \ $, lo que obviamente dará 0V. Si fuera más consciente del medio ambiente, podría ser casi tan perezoso y elegir 4375 \ $ \ Omega \ $ y 11K \ $ \ Omega \ $ (por lo tanto, reducir a la mitad el consumo de energía del puente), pero luego tendría que pedir otro valor de resistencia así que ...

Revisemos a 100 ° C: 6.60V en la pierna pasiva y 16.60V en la pierna del termistor. Dios mío, funciona (para tareas).

En realidad, usarías una excitación mucho menor y un amplificador, como sugiere Andy.

Con un suministro de 24 voltios, la corriente a través de la extremidad del puente que contiene el termistor es: -

• Casi 11mA a 0C
• Casi 19 mA a 50C

En 0C esto produce una potencia en el termistor de 132mW y 63mW a 50C. Para mí esto es un problema. El autocalentamiento del termistor creará un error de medición significativo a 0C en comparación con 50C. Usaría un amplificador de instrumentación y mantendría los niveles de excitación mucho más bajos para evitar errores significativos de autocalentamiento: -

LaimagendearribamuestraelAD620alimentadodesde+5Vy0V,perounmejorrégimendealimentación(paraelOP)es+/-15Vcon0Vconectadoalpin5(laentradadereferencia).Elvoltajedeexcitaciónpuedesermuchomenor(porejemplo,2.5voltios)yestosignificaquelosefectosdeautocalentamientosonde1.5mWa0Cyde0.7mWa50C,esdecir,trivial.

Sinembargo,hayotroproblemapotencialdeunsolotermistorenunpuentedewheatstoneyesoeslalinealidad.Puedediseñaruncircuitoqueproduzcalosvoltajescorrectosenlosextremosdetemperaturaquenecesitapero,entreestosdospuntos,hayunmapeonolinealentreelvoltajeylatemperaturaporencimadelanolinealidadbásicadelcambioderesistenciadeltermistorconlatemperatura.

Puedeparecerintuitivocolocar2termistoresenladosopuestosdelpuentepero,conlaexcitacióndevoltaje,estonomejorarálalinealidad(perosíhacedoblesensibilidad). Aquí es un buen documento de ADI que explica todo esto: -

Sinembargo,siadoptaunaconfiguraciónactualdepuenteimpulsado,puedeusardostermistoresyobtenerunalinealidadperfecta:-

Entonces, al redondear, intente evitar los efectos de autocalentamiento y, para mayor linealidad, use dos elementos en las caras opuestas del puente con la excitación del puente como una corriente constante como la que se muestra a continuación: -

El voltaje importante que se debe mantener constante en el diagrama anterior es que en R1 y, para una alta precisión, se usaría una referencia de voltaje de derivación de precisión en lugar de R1.