LOG104在Wheatston應變測量橋路中的應用

在直流不平衡Wheatston應變橋路中，橋源產生的誤差主要包括：

1．橋源失調造成的誤差
這個誤差與恒壓源本身的性質有關，具有較強的隨機性，不同型號的恒壓源失調特點也不盡相同，一般工業(yè)測量中提供的恒壓源誤差在幾十毫伏之間，如果直接采用DC-DC模塊作為橋源其誤差可能達到百毫伏量級，這么大的失調將在輸出信號中產生嚴重的失調誤差。假設橋源保守失調值，那么它將在靈敏度K = 2，理論橋壓，應變計電阻，應變的應變全橋電路中產生輸出電壓

這個值相當于10個微應變所產生的信號，可見其影響的程度。并且由此造成的直接輸出誤差為

這對于高精度傳感器設計來說是絕對不能允許的。由于此橋源失調誤差直接由橋源本身特性決定，因此，在傳統的動態(tài)測量系統中難以完全抵消。如果采取高穩(wěn)壓橋路供壓則勢必會增大測量電路體積，增加對加工工藝、環(huán)境因素的限制，帶來應用上的不便。

2．傳輸線電阻造成的誤差
由于橋源與應變橋之間的導線存在電阻，當這個阻值大到一定程度時，將對測量輸出產生嚴重影響。對于每米電阻值 的導線，當傳輸線總長為20m時，將使實際供橋橋壓下降，由此造成的輸出誤差為

3．恒壓源溫度漂移及環(huán)境因素對恒壓源影響造成的誤差
因為在工業(yè)現場，橋路的工作環(huán)境飽含大量電磁輻射、熱輻射、振動、粉塵等惡劣因素，這些都加劇了恒壓源的不穩(wěn)定特性。由此造成的輸出誤差e_E 不亞于橋源失調所造成的影響。

綜合上面幾點，因為橋源影響最壞所能造成的整體誤差為

這對于要求較高精度的工業(yè)應用領域，一般恒壓源顯然不能滿足應用要求，必須采用高精度恒壓源作Wheatston電橋橋源。但是，由于許多應用場合限制了高精度恒壓源的使用，例如，用于旋轉體上扭矩測量的電阻應變式扭矩儀，其隨軸轉動器件的電源供應多采取AC-DC方式供給，由此產生的直流電壓很難直接用作橋源，必須采取高精度補償調整電路，不僅增加了成本，也增大了電路的體積和設計復雜度，有悖于測量儀器小型化的要求。因此，濾除橋源影響，將橋源誤差歸一到后續(xù)處理電路中，將直接提高測量儀器的精度和降低電路設計的復雜性，提高儀器的可靠性。

利用對數法消除橋源影響
利用LOG104優(yōu)良的對數運算特性，將Wheatston電橋橋源引出一端接I1作為LOG104的參考輸入，應變橋輸出接I2作為LOG104的測量輸入，當I1、I2的輸入范圍在1nA~100uA變化時，分別在I1、I2端串接 、 電阻限流，可保證5V橋源供電、最大應變?yōu)?000個微應變、靈敏度為2的Wheatston橋路測量使用，其測量電路設計，如圖2所示。

圖2 Wheatston應變電橋測量電路

其中

α、β分別為I₁、I₂的輸入上下限電流值。

這里采用凌特公司高精度儀用運放LTC2053作為應變橋測量前置電路處理芯片^[4]。該運放精密度極高，供電電壓范圍從2.7V至11V，失調電壓小于10uV，偏壓漂移小于50nV/℃，共模抑制比(CMRR)大于116dB，增益誤差小于0.01%，增益非線性度小于10ppm，與其它相似器件相比具有極佳的性能價格比，如表2所示。