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浅析定量给料秤中仪表放大器的原理与特性

编辑:潍坊联耀机电设备有限公司时间:2021-03-24

  据查,定量给料秤中的四路称重信号采集中,每路称重传感器输出信号都是mV级的差分信号。额定载荷下,当电桥激励电压为5V时,灵敏度为1.6mVV的称重传感器满量程输出是8mV,这个信号较易受到工业现场噪声的干扰,而且该信号也不能远距离传输,同时该信号相对于A/D转换器的参考电压来说,幅值太小了,所以须设计信号放大电路。信号放大电路常采用性能优良的仪表放大器来放大差分信号。

  该仪表放大器的原理和特性分析如下:

  图3-3是常用仪表放大器内部的结构图,它是由三个集成放大器构成,其中A1、A2组成一阶段差分式电路,A3组成二阶段差分式电路。在一阶段电路中,v1和v2分别加到Al和A2的同相端,R1和R2组成深度电压串联负反馈。

  该放大器一阶段是具有深度电压串联负反馈的电路,所以它的输入电阻很高。若A1和A2选用相同特性的运放,则它们的共模输出的电压与漂移的电压也相同,再经过A3构成的差分电路,可相互抵消,所以仪表放大器具有很强的共模制约能力和很小的输出漂移电压。另外,定量给料秤的仪表放大器也有较高的差模电压增益,该增益即可有外部电阻器设定也可有内部增益电阻器设定。外部电阻器设定增益的优点是增益易于调整,成本低,缺点是增益不准确,性能易受外部环境的影响,所以在精度较高的信号放大电路中,增益一般采用内部增益电阻器设定的方法,它能提供越为准确和越低的增益温度漂移P。本课题用到的AD8231便是运用内部增益屯阻而设定的增益,内部的增益设成为128。

  图3-4是仪表放大器的外部电路图,从图中看出仪表放大器的通常会有一个参考电压输入端,是用来增进信号输出的共模电压值,这样可以增进仪表放大器的驱动能力。在精度较高的数据采集中,这个参考电压之稳定性对于放大之后信号的稳定性和系统制约温漂能力也是很重要的,所以本课题采用基准源芯片ADR431(B)提供的2.5V精密电压作为仪表放大器的外部参考电压,起到了良好的作用。

  另外仪表放大器既可以采用双电源供电,也可以采用单电源(满电源摆幅)供电,使定量给料秤在规定范围内正常工作。一个仪表的放大器可以用一个或多个运算放大器及一些电阻器构成的分立式结构,也可以集成在一个器件里构成单片式结构。