上一篇文章中简单介绍了下惠斯通电桥的原理和使用，但是并没有弄清楚，惠斯通电桥相对于普通的电阻测量来说，是如何提高精度的，下面，我准备理论计算一下，来进一步证明惠斯通单桥的牛逼之处。
首先，我们先假设使用传统的方式来对可变电阻进行测量。
上图中，对应变计进行测量的方式就类似于我们的分压电阻测量电压，只不过此时我们的VCC是已知的，固定的，我们采用恒压模式来推理，比如这里我们使用6V，其实分压就是一个半桥。
如上图所示，当我们的应变计因为变形而产生一个电组变化△R 时，Vout 也会相应的变化。我们假设这里的 V 为 6V，R 为 3KΩ，△R 为 3Ω。那么可以计算一下，Vout 输出为3.0015V。同时可以计算出 R 上面的电阻为VR = 2.9985V，而 V(△R)上面分得的电压为0.003V。
以上，虽然我们可以轻易的计算出 3mV 的分压，但是想测量到它却不是那么容易。比如我们使用一个 4 位的万用表，它就会产生舍入误差。
比如：对于3.0015 进位后为 3.002V，对于 2.9985 退位后则为 2.998V，这样计算出来的△R 的电压也就是变成了 4mV。如果刚才的两个数字换个方向舍入，那么最后测算出来的△R的电压就变成了 2mV。
那么问题就来了，由于万用表精度问题，我们的测量误差会达到±33%之高。
接下来，引入惠斯通电桥全桥来测量差分信号。使用上面同样的参数值，我们根据公式计算一下△R 的分压。
Vout 现在的计算结果为1.49925mV。这里，如果使用相同的 4 位数字万用表，可以更精确地测量 Vout 的毫伏刻度读数为 1.499mV（向下舍入）或 1.500mV（向上舍入）。
差分测量的电桥配置中，Vout 由于精度问题产生的误差仅仅为 1uV，相对于 1.5mV 的测量电压，其误差仅仅为0.067% 。
之所以能得到这样的结果，是因为电桥配置支持直接测量 ΔR 而不是 ΔR 和 R 之和的分压。直接测量△R，还可以放大 Vout 使 ADC 获得更大的输入信号。通过进行放大，可以对更小的 ΔR 值进行更高分辨率的测量，比如利用 sigma-delta ADC 可以 做到 32bit 的分辨率测量。
当然，大部分这样的 ADC 都是集成了运放和 ADC 的，比如 TI 的ADS1220
目前，24bit 的这种 ADC，能够做到几 K 采样率的基本都是 ADI 和 TI 的东西。32bit 的高速 ADC 更是只能使用国外的。
如果大家有国产的，32bit ，采样频率达到 10Khz以上的，评论区推荐下哈。
© 版权声明
文章版权归作者所有，未经允许请勿转载。
相关文章
暂无评论...
