C H A P T E R 19 Strain Gages 19.1 Pengantar Strain gages Dr Thomas Kenny, Departemen Teknik Mesin, Universitas Stanford Strain gages digunakan dalam berbagai jenis sensor. Mereka menyediakan cara mudah untuk mengkonversi perpindahan (strain) menjadi sinyal listrik. "Output" mereka sebenarnya adalah perubahan tahanan. Hal ini dapat dikonversi menjadi sinyal tegangan dengan menghubungkan strain gage dalam konfigurasi jembatan. Sebagian kecil sensor hanya menggunakan satu elemen strain gage di jembatan, bersama dengan tiga resistor tetap. Sedangkan yang lainnya menggunakan dua strain gage dan dua resistor tetap, dan sebagian besar desain terbaru menggunakan empat strain gages. Gages tersebut mungkin memiliki banyak bahan, tetapi beberapa bahan strain gages jauh lebih efisien daripada yang lain. Paduan logam eksklusif dan silikon semikonduktor adalah bahan yang paling umum digunakan.

Piezoresistance Piezoresistor adalah perangkat yang menunjukkan perubahan tahanan bila meregang. Ada dua komponen dari efek piezoresistif, di sebagian besar bahannya komponen geometris dan komponen resistif.

Gambar 19.1.1 Strain Gage Cair (Tabung Merkuri).

Komponen geometris piezoresistivity berasal dari fakta bahwa unsur regang mengalami perubahan dimensi. Perubahan-perubahan dalam luas penampang dan panjang mempengaruhi ketahanan perangkat.

Sebuah contoh yang baik dari efek geometrik piezoresistivity adalah strain gage cair. Banyak sekali perangkat yang digunakan beberapa tahun yang lalu. Bayangkan sebuah tabung elastis diisi dengan cairan konduktif, seperti merkuri. Hambatan dari merkuri dalam tabung dapat diukur dengan sepasang elektroda logam, satu di setiap akhir, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.1.1. Karena merkuri pada dasarnya adalah tidak dapat digenggam, gaya peregangan yang bekerja sepanjang tabung itu juga menyebabkan diameter tabung menjadi berkurang, dengan efek keseluruhan memiliki volume konstan. Hambatan dari strain gage diberikan oleh R = (resistivitas merkuri) (panjang pipa) / (luas penampang tabung). karena

maka

Kita mendefinisikan kuantitas yang disebut faktor gage sebagai K:

karena

Kita memiliki K = 2 untuk strain gage cair.

Ini berarti bahwa perubahan fraksional dalam resistansi adalah dua kali perubahan fraksional panjang. Dengan kata lain, jika strain gage cair ditarik oleh 1%, ketahanan meningkat sebesar 2%. Hal ini berlaku untuk semua strain gages cair, karena semua yang diperlukan adalah bahwa media menjadi mampat (tidak dapat digenggam).

Strain gages cair yang digunakan di rumah sakit untuk pengukuran fluktuasi tekanan darah. Sebuah selang karet diisi dengan air raksa membentang sekitar anggota tubuh manusia, dan fluktuasi tekanan direkam pada perekam grafik strip (garis), dan bentuk pulsa tekanan digunakan untuk mendiagnosa kondisi pembuluh darah. Perangkat tersebut telah digantikan oleh solid-state instrumen strain gage di rumah sakit modern, tetapi contoh ini masih menarik dari sudut pandang pengantar. Kawat logam juga dapat digunakan sebagai strain gages. Seperti yang terjadi untuk strain gage cair, peregangan kawat perubahan geometri bekerja untuk meningkatkan ketahanan. Untuk kawat logam, kita dapat menghitung faktor gage seperti yang kita lakukan untuk pengukur cairan, kecuali bahwa kami tidak mengasumsikan logam adalah mampat (tidak dapat digenggam), dan kita tidak bisa menganggap tahanan adalah konstan:

Kemudian

Karena

Yang dimaksud dengan Rasio Poisson, v, kita memiliki

Untuk logam yang berbeda, jumlah ini tergantung pada sifat material, dan pada rincian mekanisme konduksi. Secara umum, logam memiliki faktor gage antara 2 dan 4.

Sekarang, sejak saat tekanan daerah tersebut adalah sama dengan gaya, dan perubahan dalam tahanan yang kecil adalah sama dengan perubahan waktu faktor gage perubahan fraksional panjang (strain), dan tekanan adalah saat modulus Young meregang, kita harus

Atau

Jadi perubahan kecil dalam tahanan suatu strain gage sebanding dengan gaya yang diterapkan dan sebanding dengan faktor gage dibagi dengan bahan modulus Young. Jelas, kita akan lebih memilih untuk memiliki perubahan besar dalam tahanan untuk menyederhanakan desain dari sisa alat penginderaan, jadi kita biasanya mencoba untuk memilih diameter kecil, Young's modulus kecil, dan faktor gage besar bila memungkinkan. Batas-batas elastis dari bahan yang paling berada di bawah 1%, jadi kita umumnya berbicara tentang perubahan tahanan dalam kisaran 1% - 0,001%. Jelas, pengukuran tahanan tersebut tidak sepele, dan kita sering melihat jembatan resistensi dirancang untuk menghasilkan tegangan yang dapat dimasukkan ke dalam sirkuit amplifikasi.

Gambar 19.1.2: film strain gage Tipis. (Courtesy of Vishay.)

Film Strain Gages yang tipis Selama bertahun-tahun, telah ada sebuah industri yang terkait dengan pembuatan dan pemasaran film tipis logam strain gage dan alat yang diperlukan dan peralatan untuk menempelkan gages dan kabel ini ke berbagai struktur mekanis. Sebuah foto dari film tipis strain gage ditunjukkan pada Gambar 19.1.2. Strain gage khusus ini terdiri dari kawat logam bermotif sehingga terutama sensitif terhadap elongasi dalam satu arah. Strain gages tersedia dari beberapa vendor, dan ratusan pola film logam dapat dipilih, dengan pola yang berbeda memberikan sensitivitas untuk strain dalam arah tertentu. Dalam beberapa tahun terakhir, banyak penggunaan yang telah dibuat dari fakta bahwa doped silikon adalah konduktor yang menunjukkan faktor pengukur sebesar 200, tergantung pada jumlah doping. Hal ini menciptakan kesempatan untuk membuat strain gages dari silikon, dan menggunakannya untuk menghasilkan perangkat yang lebih sensitif daripada yang mudah untuk membuat dalam bahan yang lain.

Gambar 19.1.3: Silicon strain gage. (Dr Marco Tortonese, PhD tesis, Stanford University, 1992.)

Mikrodivais Aspek lain dari kegunaan silikon adalah bahwa beberapa tahun terakhir telah melihat perkembangan keluarga etsa teknik yang memungkinkan pembuatan struktur mikromekanik dari wafer silikon. Umumnya disebut sebagai

micromachining silikon, teknik ini menggunakan teknik pola dan pengolahan industri elektronik untuk mendefinisikan dan menghasilkan struktur

Mikromekanik. Micromachining dapat digunakan untuk membuat cantilevers piezoresistif untuk berbagai macam aplikasi. Penelitian terbaru (Ben Chui di Stanford dan John Mamin di IBM Almaden) telah memfokuskan pada pengembangan cantilevers piezoresistif untuk aplikasi penyimpanan data. Dalam desain ini, 100 mikron panjang kantilever piezoresistif diseret sepanjang disk polikarbonat sebesar 10 mm / s, memantul naik turun ketika melalui sub-mikron lekukan di permukaan disk. Ide ini pada dasarnya adalah jarum gramofon kinerja tinggi. Perangkat yang ditunjukkan pada Gambar 19.1.4 menggambarkan cantilevers dikembangkan untuk aplikasi penyimpanan data. Sejak tahun 2000, peneliti di IBM Zurich, yang dipimpin oleh Vettiger, telah membuat besar 2-D array cantilevers piezoresistif cocok untuk sistem penyimpanan data kepadatan tinggi berdasarkan pendekatan ini.

Gambar 19.1.4. AFM termomekanis penyimpanan data. (Tesis Ben Chiu, PhD, yang diterbitkan pada tahun 1998.)

Banyak lagi yang bisa dikatakan tentang teknik ini, tetapi untuk sekarang kita hanya menyatakan bahwa teknik ini mampu menghasilkan diafragma dan cantilevers silikon dengan ketebalan mikron dan dimensi lateral ratusan mikron hingga milimeter (lihat Gambar 19.1.3) . Sifat mekanik struktur ini persis apa yang kita harapkan dari karakteristik mekanik sebagian besar silikon. Karena

mikro dapat memiliki strain gages sensitif tertanam di dalamnya, mudah untuk melihat bahwa sejumlah perangkat penginderaan yang berguna dapat dibangun. Contoh khusus termasuk sensor tekanan strain gage berbasis, di mana berbagai strain gages dapat diposisikan di sekeliling diafragma tipis dan terhubung ke dalam konfigurasi jembatan untuk secara otomatis membatalkan suara lain dan sinyal pergeseran dari gages.

Keakuratan Strain Gage Masalah lain yang terkait dengan strain gages adalah keakuratan dari pengukuran tahanan. Umumnya, keakuratan ditingkatkan dengan menggunakan arus yang lebih besar dan menghasilkan perubahan tegangan yang lebih besar. Namun, batas praktis untuk jumlah arus yang dapat digunakan muncul karena disipasi daya dalam elemen resistif. Untuk alasan ini, teknologi untuk gages Film ikatan ketegangan tipis telah dioptimalkan untuk memaksimalkan konduksi termal dari film tipis untuk substrat. Meningkatkan konduktansi termal memungkinkan penggunaan lebih banyak arus dalam pengukuran. Banyak strain gages, dan gages silikon terutama doped regangan, yang sensitif terhadap perubahan suhu. Dalam beberapa kasus, ini adalah efek-sangat berguna jika aplikasi juga perlu untuk mengukur suhu. Umumnya, hal ini tidak terjadi, sehingga perlu untuk mengkompensasi sensitivitas ini. Cara termudah untuk melakukan ini adalah untuk membuat resistor referensi dari bahan yang sama, dan menemukan mereka sehingga mereka tidak merasakan sinyal regangan. Sebuah konfigurasi jembatan dapat dengan mudah diatur untuk mempertahankan sensitivitas ketegangan sementara membatalkan sensitivitas suhu array strain gages. Pengaturan demikian sangat penting dan mudah diproduksi, sehingga mereka sangat umum.

Aplikasi Aplikasi dari strain gages sensor berada di mana menengah sampai besar jumlah strain diharapkan terjadi (0,001% -1%), dimana sangat murah perangkat yang diperlukan, di mana perangkat silikon miniatur yang diperlukan, dan mana sinyal diharapkan pada frekuensi dari DC ke beberapa kHz. Keterbatasan frekuensi muncul karena konfigurasi ikatan perangkat ini umumnya menyebabkan

kapasitansi besar, yang cenderung untuk menyaring sinyal dengan cepat bervariasi.

Gambar 19.1.5: kantilever piezoresistif. (Courtesy dari tesis PhD dari Marco Tortonese [Stanford, 1998].)

Ini contoh perhitungan dan angka ini diambil dari tesis Dr Marco Tortonese, di mana fabrikasi dan operasi AFM berdasarkan cantilevers piezoresistif dijelaskan secara rinci. Perhitungan sensitivitas kantilever piezoresistif disajikan di sini untuk memberikan contoh perhitungan regangan gage. Seperti ditunjukkan pada Gambar 19.1.5, kami menggunakan kantilever piezoresistif merasakan variasi bentuk permukaan yang dilewatkan di bawahnya. Teknik ini telah dibuktikan sebagai Atomic Force Microscope (AFM) oleh beberapa mahasiswa pascasarjana dalam kelompok Cal Quate di Stanford. Dalam AFM, gaya tarik menarik antara ujung yang tajam dan permukaan sampel menyebabkan defleksi kantilever sedikit. Jika kantilever cukup tipis, pasukan yang terkait dengan interaksi atom antara atom individu dapat diukur. Hubungan beban-defleksi untuk balok kantilever sederhana adalah Hubungan beban-defleksi untuk balok kantilever sederhana adalah

Dimana

Di sini, L adalah panjang, T adalah ketebalan, dan w adalah lebar. Karena F = KZ, kita memiliki kekakuan:

Untuk defleksi Z, kantilever memiliki sudut defleksi sekitar

dan, karenanya, radius kelengkungan sekitar

Ketegangan di atas permukaan kantilever disebabkan oleh perbedaan panjang busur untuk permukaan atas dan bawah. L = Lupper - Llower = = =

Jenis ini diberikan oleh

Untuk kantilever AFM khas (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.1.4), kita memiliki parameter T = 4m, L = 100m, w = 4 m, T = 2 1011 N/m2, dan F = 10 N.

Oleh karena itu,

Sejak doped silikon memiliki faktor pengukur dari sekitar 100, kita akan mengharapkan perubahan resistansi dR / R sebesar 0,03% untuk contoh ini.

Bahkan, kantilever tidak mengambil pada defleksi melingkar, dan ketegangan yang sebagian besar terkonsentrasi di pangkalan. Jika kita menempatkan strain gage kami di dasar, kita bisa mengharapkan peningkatan strain kali urutan 5-10, sehingga meningkatkan resistensi perubahan. Dengan sirkuit yang baik adalah mungkin untuk mengukur perubahan resistansi sekecil satu bagian dalam 106, jadi ini memang pengukuran yang wajar. Hal ini tidak sederhana, tetapi itu mungkin. Dalam banyak kasus di AFM, memaksa sekecil 10-10 N diukur, yang membutuhkan desain sirkuit listrik hati-hati.

19.2 Strain Gage berdasarkan pengukuran Analog Devices Staf Teknis Editor Walt Kester Elemen-elemen listrik yang paling populer digunakan dalam pengukuran kekuatan termasuk pengukur resistansi strain, strain gage semikonduktor, dan transduser piezoelektrik. Tindakan strain gage yang memaksa secara tidak langsung dengan mengukur defleksi menghasilkan dalam suatu pembawa dikalibrasi. Tekanan dapat dikonversi menjadi kekuatan menggunakan transduser yang sesuai, dan regangan teknik pengukur kemudian dapat digunakan untuk mengukur tekanan. Laju aliran dapat diukur dengan menggunakan pengukuran tekanan diferensial yang juga memanfaatkan teknologi ketegangan gage.

Regangan: Gage Strain, piezoelectric Transducers Angkatan: Load Cell Tekanan: Diafragma ke Force untuk Saring Gage Arus: Diferensial Teknik Tekanan

Gambar 19.2.1. Strain-gage berdasarkan pengukuran.

Strain gage resistensi adalah elemen resistif yang berubah panjang, maka resistensi, sebagai kekuatan yang diterapkan untuk basis yang sudah terpasang penyebab peregangan atau kompresi. Hal ini mungkin yang transduser paling terkenal untuk mengubah gaya menjadi variabel listrik.

Strain gages Unbonded terdiri dari sebuah kawat membentang antara dua titik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.2.2. Gaya yang bekerja pada kabel (luas = A, panjang = L, resistivitas = p) akan menyebabkan kawat memanjang atau memperpendek, yang akan menyebabkan perlawanan untuk menambah atau mengurangi secara proporsional sesuai dengan:

dan R/R = GF L/L,

mana GF = Gage faktor (2,0-4,5 untuk logam, dan lebih dari 150 untuk semikonduktor). Jumlah berdimensi L / L adalah ukuran gaya yang diterapkan untuk kawat dan dinyatakan dalam microstrains (1e = 10-6 cm / cm) yang sama dengan bagianper-juta (ppm). Dari persamaan ini, perhatikan bahwa hasil ukur yang lebih besar faktor dalam perlawanan secara proporsional lebih besar perubahan-maka, sensitivitas lebih.

Gambar 19.2.2: Unbonded kawat strain gage.

Strain gages Berikat terdiri dari kawat tipis atau film melakukan diatur dalam pola coplanar dan disemen ke basis atau pembawa. Pengukur ini biasanya dipasang sehingga sebanyak mungkin dari panjang konduktor sejajar ke arah stress yang sedang diukur. Kabel utama yang melekat pada dasar dan dibawa keluar untuk

interkoneksi. Perangkat Berikat yang jauh lebih praktis dan sedang digunakan lebih luas daripada perangkat terikat.

Mungkin versi yang paling populer adalah pengukur foil-jenis, yang dihasilkan oleh foto-etsa teknik, dan menggunakan logam mirip dengan jenis kawat (paduan tembaga-nikel (Constantan), nikel-kromium (nichrome), nikel-besi, platinum . tungsten, dll (Lihat Gambar 19.2.4) gages memiliki elemen kawat penginderaan menyajikan luas permukaan kecil untuk spesimen; ini mengurangi kebocoran arus pada suhu tinggi dan memungkinkan potensi isolasi lebih tinggi antara elemen sensing dan spesimen foil elemen penginderaan,. di sisi lain, memiliki rasio besar luas permukaan untuk luas penampang dan lebih stabil di bawah temperatur yang ekstrem dan loading lama luas permukaan besar dan penampang tipis juga memungkinkan perangkat untuk mengikuti suhu spesimen dan. memfasilitasi disipasi diri akibat panas.

Semikonduktor strain gages menggunakan efek piezoresistif dalam bahan semikonduktor tertentu seperti silikon dan germanium untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih besar dan lebih tinggi tingkat output. Gages semikonduktor dapat diproduksi untuk memiliki baik perubahan positif atau negatif ketika tegang. Mereka dapat dibuat secara fisik kecil, namun tetap mempertahankan resistensi nominal tinggi. Jembatan galur semikonduktor pengukur mungkin harus 30 kali

sensitivitas jembatan menggunakan film logam, tetapi suhu sensitif dan sulit untuk mengimbanginya. Perubahan mereka dalam perlawanan dengan strain juga nonlinier. Mereka tidak digunakan secara luas sebagai sebagai perangkat logam yang lebih stabil film untuk pekerjaan presisi, namun, di mana sensitivitas penting dan variasi suhu yang kecil, mereka mungkin memiliki beberapa keuntungan. Instrumentasi mirip dengan yang untuk logam-film jembatan tetapi kurang kritis karena tingkat sinyal lebih tinggi dan penurunan akurasi transduser.

Gambar 19.2.5. Perbandingan antara logam dan semikonduktor strain gages.

Strain gages dapat digunakan untuk mengukur kekuatan, seperti pada Gambar 19.2.6 dimana balok kantilever sedikit dibelokkan oleh gaya yang diberikan. Empat strain gages digunakan untuk mengukur flex balok, dua di sisi atas, dan dua di sisi bawah. Para gages yang terhubung dalam konfigurasi jembatan semua elemen. Konfigurasi ini memberikan sensitivitas maksimum dan secara inheren linier. Konfigurasi ini juga menawarkan koreksi orde pertama untuk drift suhu di strain gages individu.

Gambar 19.2.6. Strain gage beam force sensor.

Strain gages yang rendah impedansi perangkat, mereka membutuhkan daya eksitasi yang signifikan untuk memperoleh tingkat yang wajar dari tegangan output. Sebuah strain-gage khas beban jembatan berbasis sel akan memiliki (biasanya) impedansi 350 dan ditetapkan sebagai memiliki sensitivitas dalam hal skala milivolt penuh per volt eksitasi. Load cell terdiri dari empat strain gages individu diatur sebagai jembatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.2.7. Untuk voltase 10 jembatan eksitasi V dengan peringkat 3 mV / V, 30 milivolt sinyal akan tersedia pada beban skala penuh. Output dapat ditingkatkan dengan meningkatkan dorongan untuk jembatan, tetapi efek pemanasan sendiri adalah batasan yang signifikan untuk pendekatan ini: mereka dapat menyebabkan pembacaan yang salah atau bahkan kerusakan perangkat. Sel beban banyak "akal" koneksi untuk memungkinkan elektronik sinyal pengkondisian untuk

mengkompensasi DC tetes dalam kabel. Beberapa sel beban memiliki resistor internal tambahan yang dipilih untuk kompensasi suhu.

Sensor Tekanan Tekanan dalam cairan dan gas diukur elektrik oleh berbagai transduser tekanan. Berbagai konverter mekanis (termasuk diafragma, kapsul, bellow, tabung manometer, dan tabung Bourdon) digunakan untuk mengukur tekanan dengan mengukur panjang terkait, jarak, atau perpindahan, dan untuk mengukur perubahan tekanan oleh gerakan diproduksi.

Output dari interface ini mekanik ini kemudian diterapkan pada sebuah konverter listrik seperti strain gage atau transduser piezoelektrik. Tidak seperti strain gages, transduser tekanan piezoelektrik biasanya digunakan untuk frekuensi tinggi pengukuran tekanan (seperti aplikasi sonar atau mikrofon kristal).

Ada banyak cara untuk mendefinisikan aliran (aliran massa, aliran volum, aliran laminar, aliran turbulen). Biasanya jumlah zat yang mengalir (aliran massa) adalah yang paling penting, dan jika densitas fluida adalah konstan, pengukuran

aliran volume adalah pengganti yang berguna yang umumnya lebih mudah untuk melakukan. Satu kelas umum digunakan transduser, yang mengukur kecepatan aliran tidak langsung, melibatkan pengukuran tekanan. Gambar 19.2.9 menunjukkan baling-baling lentur dengan strain gage terpasang ditempatkan dalam aliran untuk mengukur laju aliran.

Gambar 19.2.9. Vane Bending dengan strain gage digunakan untuk mengukur laju aliran.

Pengkondisian Sinyal Bridge Sirkuit Contoh dari semua elemen yang bervariasi jembatan sirkuit adalah strain pemantauan kelelahan penginderaan sirkuit seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.2.10. Jembatan penuh adalah kesatuan yang dapat dilampirkan ke permukaan di mana strain atau flex adalah yang akan diukur. Untuk memudahkan penginderaan jauh, eksitasi saat ini digunakan. Para OP177 servos jembatan saat ini untuk sekitar 10 mA tegangan referensi dari 1,235 V. strain gauge menghasilkan output sebesar 10,25 mV/1000 e. Sinyal tersebut diperkuat oleh penguat instrumentasi AD620 yang dikonfigurasi untuk kenaikan sebesar 100. Skala penuh tegangan regangan dapat ditetapkan dengan mengatur potensiometer 100 keuntungan tersebut bahwa, untuk strain -3500 E, output membaca -3,500 V, dan untuk strain 5000 E, output register 5,000 V. pengukuran kemudian dapat didigitalkan dengan ADC yang memiliki 10 V skala penuh berbagai masukan. Para 0,1 F kapasitor di AD620 pin input berfungsi sebagai EMI / RFI filter dalam hubungannya dengan ketahanan jembatan dari 1 k. Frekuensi sudut filter adalah sekitar 1,6 kHz.

Gambar 19.2.10: Presisi strain gage penguat sensor.

Contoh lain adalah sel beban sirkuit penguat ditunjukkan pada Gambar 19.2.11. Sebuah sel beban khas memiliki ketahanan jembatan 350 . Sebuah 10.000 V eksitasi jembatan berasal dari referensi AD588 presisi tegangan dengan OP177 dan 2N2219A digunakan sebagai buffer. Para 2N2219A berada dalam loop umpan balik OP177 dan memasok drive saat ini jembatan yang diperlukan (28,57 mA). Untuk memastikan linearitas ini yang diawetkan, penguat instrumentasi yang digunakan. Desain ini memiliki jumlah minimum resistor kritis dan amplifier, membuat pelaksanaan seluruh akurat, stabil, dan biaya yang efektif. Satu-satunya persyaratan adalah bahwa resistor 475 dan 100 potensiometer memiliki koefisien temperatur rendah sehingga gain penguat tidak melayang di atas suhu.

Gambar 19.2.11. Presisi beban penguat sel.

Sebagaimana telah sebelumnya menunjukkan, sel beban presisi biasanya dikonfigurasi sebagai 350 , jembatan. Gambar 19.2.12 menunjukkan presisi beban-sel penguat yang didukung dari catu daya tunggal. Tegangan eksitasi ke jembatan harus tepat dan stabil, selain itu memperkenalkan kesalahan dalam pengukuran. Di sirkuit ini, presisi REF195 5 V referensi digunakan sebagai drive jembatan. Referensi REF195 dapat menyediakan lebih dari 30mA ke beban, sehingga dapat mendorong jembatan 35.052 tanpa perlu buffer. Para OP213 ganda dikonfigurasi sebagai amp dua op-amp dalam dengan keuntungan sebesar 100. Jaringan resistor set gain dengan rumus sebagai berikut:

Untuk optimal umum-mode penolakan, rasio resistor harus tepat. Resistor toleransi yang tinggi ( 0,5% atau lebih baik) harus digunakan. Untuk sinyal jembatan Volt output nol, penguat akan berayun ke dalam 2,5 mV dari 0 V. Ini adalah batas keluaran minimum dari OP213. Karena itu, jika penyesuaian offset diperlukan, penyesuaian harus dimulai dari tegangan positif pada V ke bawah sampai output (VOUT gages REF 519 Saring dan menyesuaikan V) berhenti berubah. Ini adalah titik di mana penguat membatasi ayunan. Karena desain catu daya tunggal, amplifier tidak dapat menerima sinyal yang memiliki polaritas negatif. Jika linearitas pada nol volt masukan yang diperlukan, atau jika sinyal

polaritas negatif harus diproses, koneksi V dapat terhubung ke tegangan yang pertengahan pasokan (2,5 V) daripada tanah. Perhatikan bahwa ketika VREF tidak di tanah, output harus dirujuk ke VREF.

Gambar 19.2.12. Pasokan beban penguat sel tunggal.

The AD7730 24-bit sigma-delta ADC sangat ideal untuk pengkondisian langsung dari output jembatan dan tidak memerlukan sirkuit antarmuka. Diagram koneksi disederhanakan ditunjukkan pada Gambar 19.2.13. Seluruh rangkaian beroperasi pada pasokan tunggal +5 V yang juga berfungsi sebagai tegangan eksitasi jembatan. Perhatikan bahwa pengukuran adalah ratiometric karena tegangan eksitasi merasakan jembatan juga digunakan sebagai referensi ADC. Variasi dalam penyediaan V +5 tidak mempengaruhi akurasi pengukuran.

AD7730

ini

memiliki

gain

amplifier

internal

yang

diprogram

yang

memungkinkan skala penuh jembatan output dari 10mV untuk didigitalkan untuk 16-bit akurasi. AD7730 ini memiliki fitur kalibrasi diri dan sistem yang memungkinkan offset dan mendapatkan kesalahan harus diminimalkan dengan recalibrations periodik. Sebuah "chop" pilihan modus meminimalkan tegangan offset dan drift dan beroperasi mirip dengan penguat helikopter-stabil. Input tegangan efektif kebisingan RTI adalah sekitar 40 nV rms, atau 264 nV puncak ke puncak. Hal ini terkait dengan resolusi 13 ppm, atau sekitar 16,5-bit. Linearitas Keuntungan juga sekitar 16-bit.

Gambar 19.2.13: load cell aplikasi dengan menggunakan ADC AD7730

Asumsikan: Kendali skala Jembatan Output 10, Eksitasi mV 5 V "Chop Mode" Aktif Sistem Kalibrasi Dilakukan: Zero dan skala penuh

Kinerja: Kebisingan RTI: 40 nV rms, 264 nV p-p Kebisingan Bebas Resolusi: == 80.000 Hitungan (16,5 bit) Keuntungan Nonlinieritas: 18ppm Gain Akurasi: