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有色金属行业的电磁流量计前置放大电路的设计与分析

来源:www4288com新萄京赌场作者:发表时间:2018-12-19 09:07:27

 摘 要:有色金属行业广泛应用电磁流量计,使仪表性能得到提高,有效提高了测量的准确性,为此对电磁流量计转换器的前置放大电路部分进行探讨,研究在对放大电路设计期间所需的结构,并对此放大电路的电压增益、输入失调等方面进行有效的计算,如果能够保证接地效果没有问题,可以表明此电路能够平稳的运行。

 
利用电磁感应定律所制造的测试导电液体流量的仪器,就叫做电磁流量计,其他流量计无法完成的测量工作,运用电磁流量计都能够完成。因为电磁流量计所形成的信号并不大,若想测试出准确的流量信号,那么就一定要具有高性能的放大器。
 
1有色金属企业用放大器的要求
对前置级的设计非常的重要。采用电磁流量转换器里的前置放大电路,是为把传感器所传送的流量信号的弱小电压部分进行增大。通过对流量信号的研究,总结出了前置级需要符合的条件。
(1)高输入阻抗,通常通过检测所获取的流量信号并不平稳,要降低信号源内阻所造成的干扰,那么就一定要加强输入阻抗。
(2)低噪声和低温漂,根据上面所介绍的内容进行分析能够了解到,前置级可以使用差动输入,其可以增加差模信号,抑制共模信号等功能。
 
2放大电路分析
此放大电路主要是运算放大器所构成的,在输入电流的时候是双端模式,而在输出的时候是单端模式。而第一级主要是A1、A2、R1、R2以及RG所构成的,电路主要运用的是电压跟随器,通常情况下为两个,利用RG把电压跟随器进行衔接,这样一来就能够形成大的输入电阻,并把双端输入转换成为单端输入。把V11和V12用下列公式表示:V12=Vic+1/2VidV11=Vic-1/2Vid
 
导致运算放大器在传送信号的过程中,出现失调电压的是VIO1VIO2、VIO3;和A2形成的失调电压以及电流是V10,以及I10;同时,V10=VI01-VI02。
 
2.1闭环差模电压增益Avf
在对Avf采取研究的过程中发现,如果VIC=0,而且电路全部平衡,A1和A2之间相符合;V10以及I10都是0;R1=R2,R3=R4,R5=R6。通过理想集成运算放大器的特性,能够得出V+=V-,那么就能够确立下面的关系:
VO=-R5/R3(VO1-VO2);VO1-VO2=ip(R1+RG+R2);ip=1/RG[1/2VId-(-1/2VId)
 
在对上面的公式进行运算后,就能够获取闭环差模电压增益Avf是:
Avf=VO/V11-VI2=VO/VId=-R5/R3(1+2R1/RG);
A1与A2构成的放大电路电压增益Avfi是:Avf1=VO1-VO2/VId=1+2R1/RG
A3与R3、R4、R5、R6所构成的放大电路电压增益是:
Avf2=VO/VO1-VO2=-R5/R3
 
由此能够看出,更改RG就能够对Avf进行调整。一样的道理,由于RG位于A1与A2的反向输入端,更改RG的情况下,不能够对电路的对称性造成破坏,也就是共模抑制特征不会下降。
 
2.2闭环差模输入电阻Rif
差模信号零点位点属于RG的中心点,利用A1、A2来运算闭环差模输入电阻Rif=[Rid1(1+AOd1F1)//Ric1]+[Rid2(1+AOd2F2)//Ric2],其中A1、A2差模输入电阻的电压增益依次为Rid1、Rid2。/Ric1属于A1A2的工模输入电阻;F1F2代表的则是电压反馈系数。
F1=F2=1/2RG/R1+1/2RG=RG2R1+RG
 
通常情况下,运放具备相当不错的差模输入阻抗,最好选用合适的运放芯片,这样的话,Rif就能够具有1G以上。
 
2.3输入失调特性和温漂
若想让计算变得简单,可以设置Vic=0,并且让Vid形成独立,然后设置Vio3=0。A1与A2的输入偏流IIB1IIB2与放大器的输入偏流IIB、失调电流Iio为:IIB1=IIB+1/2IIOIIB2=IIB-1/2IIO
同时也可以写成:
 
ip=VId-VIO1+VIO2RG=VId-VIO/RG
VO1-VO2=(ip+IIB+1/2IIO)R1+[ip-(IIB-1/2IIO)
在R3=R4=R5=R6条件下:
VO=-(VO1-VO2)=-(1+2R1/RG)(VId-VIO)-IIOR2
上面的公式能够表明,对差模输入信号(Vid-v10)的电压增益为Avf=-(1+2R1/RG)
 
等效输入失调电压温漂是:
aVO/aT/Avf=-aVIO/aT-aIIO/aT·R2/Avf
如果Avf=1的情况下,那么R2越大,输入失调温漂就会变大,所以最好采用小一些的R1、R2值。
 
2.4共模抑制特性
共模抑制比主要的作用是检测共模信号会被放大器所抑制的具体效果,差模电压增益如果较大的话,那么就表明共模抑制的水平会更好,放大电路的性能也会越好,共模抑制比的值还是最好大一些。若想让所研究的结论更有说服力,那么可以设定Vid=0,并且只有A1、A2的共模抑制特性不是无穷大,其余的全都要设置成为规定的指标。
 
其中A3组当中的共模电压是VIc3=1/2(VO1+VO2),而共模输出电压VoB是
VO3=|Avf2|·1(KCMR)R+1KCMR]VIc3
 
其中KCMR代表的是共模抑制比。
第二级输入端的共模输入误差电压是:
VIcε3=VIc3[1/(KCMR)R+1/KCMR]
 
根据定义能够获取第二级共模抑制比:
KCMR0=VIc3/VIcε3=1/1/(KCMR)R+1/KCMR
 
在这组关系式里,A3是KCMR3=∞中的一个重要部分,
那么只是分析电阻R3、R4、R5、R6的失配的共模抑制比,就能够得出(KCMR)R≈1+|Avf2|δ3+δ4+δ5+δ6
 
通过上面的关系式能够了解到,如果KCMR3≥10(KCMR)R的情况下,那么电阻失配偏差就会成为制约第二级放大器共模抑制比的重要原因。
 
3结语
在流量计当中,电磁流量计是非常重要的构成部分,放大电路所产生的输入阻抗非常高,极有可能出现信号被干扰的情况,而线路被干扰的信号会大于被测信号,同时电路设计能够满足电磁流量计中对于信号调整的需求。此电路的输入阻抗要大于1G,共模抑制比要大于80dB,在两个月的运行后,充分表明电路设计的方式是正确的。哪怕受到强干扰,管道只要能够有效的接地,那么就能够得到正常的运行。
 
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