Электронная балансировка моста Уитстона

[GTK31]

Если допускается проверка без фактического повторения моста как такового можно упростить решение задачи.
1. вариант
Используя твердотельные реле переменного тока PVN012, можно управлять напряжением на выходе имитатора. Т.к. сопротивление ключа 0,1 Ом, то для получения низких значений напряжения на выходе придется дублировать реле. На схеме реле не показаны. 68 Ом всегда должно быть включено. Только с ним на выходе максимальное напряжение 10 мВ.
Суммарная нагрузка имитатора равна сопротивлению исходного моста около 350 Ом. Т.е линию возбуждения имитатор нагружает примерно также.
2. вариант
Для аналогового управления в делитель вместо резистора 68 Ом надо включить выпрямительный мост на Mosfet транзисторах с низким сопротивлением канала. В выпрямленной диагонали моста должен быть параллельный стабилизатор напряжения. С учетом низкого сопротивления канала транзисторов моста выходное напряжение будет практически равным напряжению на выходе стабилизатора напряжения.
Для проверки прибора можно добавить реле реализующие режим обрыва линии, замыкания в линии связи и замыкание в самом мосте.

[kolobokus]

Ссылка не открывается.
Это не тот график. Нужна по горизонтали надпись "output current (I)", а не "input control voltage (V)".

На фотографии правильный график проходной характеристики (зависимость выходного напряжения на фототранзисторе от входного управляющего.)

[kolobokus]

Не удается вставить ссылку на схему без её изменения Казусом

Вложил её в текстовый документ...

[kolobokus]

Я использую LTspice. Если нужно, я выложу схемы в теме LTspiceXVII, но только вечером (они на домашнем ноутбуке). Правда инерционность фоторезисторов (скорость изменения величины сопротивления) секунды.

Спасибо, не нужно схем.
Та, что в вашей модели, имеет RC- цепочку между входами ОУ, отсутствующую в исходной схеме. Зачем она понадобилась? Может, из-за неё скорость реакции фоторезисторов столь большая, ведь по даташиту он гораздо быстрее?:

Rise Time Time to 63% of final conductance IF = 5mA 5 - msec
Decay Time Time to 100KΩ after removal of If=5mA 10 - msec

[kolobokus]

Сюда же - нужна ли работа в условиях сильных помех?

нет, не требуется

[kolobokus]

Цитата из исходного поста

Для чего это необходимо? Требуется калибровка/поверка измерительного преобразователя/тракта? Какая эмуляция является достаточной? Т.е. достаточно ли будет какого-то минимально необходимого набора точек для обоснования линейности проверяемого оборудования? Противоположные плечи моста меняются одинаково? В исходном сообщеннии этого не было, в структурной схеме указаны два плеча с изменяющимися сопротивлениями, а в обсуждении уже заявляется о 4-х плечах.

Цель и общая идея изложены выше, сообщения 1, 11, 15, 28. Домыслы не верны.
Эмуляция нужна не отдельных точек, а всей кривой, с разрешением лучше, чем 1000 отсчетов по каждой из осей. Мост симметричен и в оригинальном тензодатчике его тензорезисторы (4) меняют свое сопротивление линейно от воздействия на мост и симметрично.
"(можно хоть 2, хоть все 4 плеча задействовать)" - это лишь заявление о возможности.

[kolobokus]

Если допускается проверка без фактического повторения моста как такового можно упростить решение задачи.
1. вариант
2. вариант

Спасибо за идею.
Построение эмулятора без использования моста я тоже рассматривал.
Схема формирования малого выходного сигнала (около 10 мВ) почти идентична. Но я для "модуляции" выходного сигнала управляющим от Задатчика я предусматривал полевик в цепи между R3 и R4, работающий в более соответствующем природе маломощного полевика диапазоне сопротивлений сток-исток.
Отказался от этой идее по 3-м причинам.
1. Низкая температурная стабильность сопротивления перехода полевика.
2. Невозможность охватить весь требуемый диапазон изменений выходного сигнала от 0 В до 10 мВ.
3. Низкая линейность данной схемы регулирования (эмуляции).

По этой же причине я не считаю возможным использовать ваш первый вариант (реле в качестве линейного регулятора напряжения, хоть и твердотельное)

Второе ваше решение не обеспечивает температурную стабильность да и ноль в её диапазон войти не может.

На другом форуме мне посоветовали использовать вместо моста связку из перемножителя и операционника с диф. выходом.

Однако, это решение мне показалось сложнее, возможно из-за отсутствия у меня опыта работы с перемножителями (его задача - модуляция управляющего сигнала с Задатчика синусоидальным напряжением питания моста).

[bordodynov]

Спасибо, не нужно схем.
Та, что в вашей модели, имеет RC- цепочку между входами ОУ, отсутствующую в исходной схеме. Зачем она понадобилась? Может, из-за неё скорость реакции фоторезисторов столь большая, ведь по даташиту он гораздо быстрее?:

Rise Time Time to 63% of final conductance IF = 5mA 5 - msec
Decay Time Time to 100KΩ after removal of If=5mA 10 - msec

Моя RC-цепочка не может так сильно замедлять. А по поводу секунд я погорячился. Я не исследовал задержку. Я знаю, что фотосопротивление долго возвращается к темновому сопротивлению (десятки мегаомов). В схеме с фото-полевым транзистором происходила генерация и я добавил эту RC цепочку, что бы подавить её. Возможно с резистивным оптроном цепочка и не нужна. Я не проверял.

[GTK31]

Отказался от этой идее по двум причинам.
1. Низкая температурная стабильность сопротивления перехода полевика.
2. Невозможность охватить весь требуемый диапазон изменений выходного сигнала от 0 В до 10 мВ.
3. Низкая линейность данной схемы регулирования (эмуляции).
По этой же причине я не считаю возможным использовать ваш первый вариант (реле в качестве линейного регулятора напряжения, хоть и твердотельное)

По п.1. Ну пусть будет низкая температурная стабильность сопротивления канала. В реальности типовое изменение не хуже 30 % от сопротивления при 20 град. С при изменении температуры на 40 градусов (-20 град. С и + 60 град. С - вполне реальный диапазон). Но тут важно какую долю составляет номинал сопротивления канала по сравнению с сопротивлением, которое он коммутирует.
Надеюсь вы поняли почему я в схему имитатора включил две ветки. Резистор 360 Ом задает основную нагрузку. Вторая ветка доводит общее сопротивление до заданного сопротивления моста 350 Ом. Вторая ветка является регулирующей, т.е. активной в этом имитаторе. Важно, что сопротивление этой ветки в разы выше сопротивления реального моста. Это уменьшает требования к сопротивлению каналов транзисторов или контактов реле.
По п.2. с метрологической точки зрения для большинства устройств достаточно проверки линейности как минимум по 5 точкам. Этого достаточно чтобы настроить смещение, коэффициент передачи и осуществить проверку устройств. Тензодатчики требуют предварительно калибровку. Но имитатору это не нужно - его калибровать не надо. Он только лишь для проверки оборудования. Количество точек проверки можно увеличить. 2 в 5 степени дает уже 32 точки. Сам принцип понятен - сделаете больше параллельных веток -увеличите количество разрядность ЦАПа. Я показал вам сам принцип.
Важно что это простое дискретное управление, а не аналоговое, тем более аналоговое с гальванической развязкой
По п.3. Линейность определяется только количеством ключей и точностью резисторов.

Второе ваше решение не обеспечивает температурную стабильность да и ноль в её диапазон войти не может.

Если мост собрать к примеру на таких транзисторах. Сопротивление канала у них при 4,5 В на затворе будет не хуже 8 мОм. Таких ключей в выпрямительном мосте работает по 2 шт. Итого 16 мОм вносимого сопротивления. Пусть сопротивления каналов этих транзисторов изменилось на 30 %. Примем, что это изменение составило 6 мОм.
Сопротивление резистора в моей схеме 68 Ом при максимальном сигнале 10 мВ. Так вот изменение сопротивления каналов транзисторов выпрямителя от температуры от сопротивления 68 Ом составляет 0,008%. Температурная стабильность стабилизатора напряжения отдельная тема - будет так, как вы сделаете. Сделаете на полевом транзисторе и будет регулировка от нуля. Но даже в этом случае есть такой термин как приведенная погрешность, который допускает увеличение погрешности при низких уровнях сигнала. Это абсолютно нормально.
Кстати по поводу температурной стабильности вы пишите, но рабочий диапазон имитатора вроде не написали.

[kolobokus]

bordodynov и kolobokus, обратите внимание, что исходный мост запитан от 2 В~ и низкоомный (ток около 2 мА).
Каковы входные токи и допустимое синфазное прибора? Можно ли безбоязненно увеличить сопротивления моста почти на два порядка?

На счет ограничений по входам не знаю. Пользуюсь снятой осциллографом амплитудой сигнала в 10 мВ при максимальном воздействии на тензодатчик. Отсюда и расчет. Прибор - черный ящик. Доступен только разъем подключения датчика.

По вопросу включения в мост преобразователя "напряжение › сопротивление" для эмуляции его работы я подготовил рисунок:


Как видите, величину сопротивления моста менять на порядки нет необходимости. Изменение сопротивления плеч во всем диапазоне составляют доли процента.