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      有色金屬行業的電磁流量計前置放大電路的設計與分析

      來源:作者:發表時間:2018-12-19 09:07:27

       摘 要:有色金屬行業廣泛應用電磁流量計,使儀表性能得到提高,有效提高了測量的準確性,為此對電磁流量計轉換器的前置放大電路部分進行探討,研究在對放大電路設計期間所需的結構,并對此放大電路的電壓增益、輸入失調等方面進行有效的計算,如果能夠保證接地效果沒有問題,可以表明此電路能夠平穩的運行。

       
      利用電磁感應定律所制造的測試導電液體流量的儀器,就叫做電磁流量計,其他流量計無法完成的測量工作,運用電磁流量計都能夠完成。因為電磁流量計所形成的信號并不大,若想測試出準確的流量信號,那么就一定要具有高性能的放大器。
       
      1有色金屬企業用放大器的要求
      對前置級的設計非常的重要。采用電磁流量轉換器里的前置放大電路,是為把傳感器所傳送的流量信號的弱小電壓部分進行增大。通過對流量信號的研究,總結出了前置級需要符合的條件。
      (1)高輸入阻抗,通常通過檢測所獲取的流量信號并不平穩,要降低信號源內阻所造成的干擾,那么就一定要加強輸入阻抗。
      (2)低噪聲和低溫漂,根據上面所介紹的內容進行分析能夠了解到,前置級可以使用差動輸入,其可以增加差模信號,抑制共模信號等功能。
       
      2放大電路分析
      此放大電路主要是運算放大器所構成的,在輸入電流的時候是雙端模式,而在輸出的時候是單端模式。而很好級主要是A1、A2、R1、R2以及RG所構成的,電路主要運用的是電壓跟隨器,通常情況下為兩個,利用RG把電壓跟隨器進行銜接,這樣一來就能夠形成大的輸入電阻,并把雙端輸入轉換成為單端輸入。把V11和V12用下列公式表示:V12=Vic+1/2VidV11=Vic-1/2Vid
       
      導致運算放大器在傳送信號的過程中,出現失調電壓的是VIO1VIO2、VIO3;和A2形成的失調電壓以及電流是V10,以及I10;同時,V10=VI01-VI02。
       
      2.1閉環差模電壓增益Avf
      在對Avf采取研究的過程中發現,如果VIC=0,而且電路全部平衡,A1和A2之間相符合;V10以及I10都是0;R1=R2,R3=R4,R5=R6。通過理想集成運算放大器的特性,能夠得出V+=V-,那么就能夠確立下面的關系:
      VO=-R5/R3(VO1-VO2);VO1-VO2=ip(R1+RG+R2);ip=1/RG[1/2VId-(-1/2VId)
       
      在對上面的公式進行運算后,就能夠獲取閉環差模電壓增益Avf是:
      Avf=VO/V11-VI2=VO/VId=-R5/R3(1+2R1/RG);
      A1與A2構成的放大電路電壓增益Avfi是:Avf1=VO1-VO2/VId=1+2R1/RG
      A3與R3、R4、R5、R6所構成的放大電路電壓增益是:
      Avf2=VO/VO1-VO2=-R5/R3
       
      由此能夠看出,更改RG就能夠對Avf進行調整。一樣的道理,由于RG位于A1與A2的反向輸入端,更改RG的情況下,不能夠對電路的對稱性造成破壞,也就是共模抑制特征不會下降。
       
      2.2閉環差模輸入電阻Rif
      差模信號零點位點屬于RG的中心點,利用A1、A2來運算閉環差模輸入電阻Rif=[Rid1(1+AOd1F1)//Ric1]+[Rid2(1+AOd2F2)//Ric2],其中A1、A2差模輸入電阻的電壓增益依次為Rid1、Rid2。/Ric1屬于A1A2的工模輸入電阻;F1F2代表的則是電壓反饋系數。
      F1=F2=1/2RG/R1+1/2RG=RG2R1+RG
       
      通常情況下,運放具備相當不錯的差模輸入阻抗,**好選用合適的運放芯片,這樣的話,Rif就能夠具有1G以上。
       
      2.3輸入失調特性和溫漂
      若想讓計算變得簡單,可以設置Vic=0,并且讓Vid形成獨立,然后設置Vio3=0。A1與A2的輸入偏流IIB1IIB2與放大器的輸入偏流IIB、失調電流Iio為:IIB1=IIB+1/2IIOIIB2=IIB-1/2IIO
      同時也可以寫成:
       
      ip=VId-VIO1+VIO2RG=VId-VIO/RG
      VO1-VO2=(ip+IIB+1/2IIO)R1+[ip-(IIB-1/2IIO)
      在R3=R4=R5=R6條件下:
      VO=-(VO1-VO2)=-(1+2R1/RG)(VId-VIO)-IIOR2
      上面的公式能夠表明,對差模輸入信號(Vid-v10)的電壓增益為Avf=-(1+2R1/RG)
       
      等效輸入失調電壓溫漂是:
      aVO/aT/Avf=-aVIO/aT-aIIO/aT·R2/Avf
      如果Avf=1的情況下,那么R2越大,輸入失調溫漂就會變大,所以**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檢測共模信號會被放大器所抑制的具體效果,差模電壓增益如果較大的話,那么就表明共模抑制的水平會更好,放大電路的性能也會越好,共模抑制比的值還是**好大一些。若想讓所研究的結論更有說服力,那么可以設定Vid=0,并且只有A1、A2的共模抑制特性不是無窮大,其余的全都要設置成為規定的指標。
       
      其中A3組當中的共模電壓是VIc3=1/2(VO1+VO2),而共模輸出電壓VoB是
      VO3=|Avf2|·1(KCMR)R+1KCMR]VIc3
       
      其中KCMR代表的是共模抑制比。
      第二級輸入端的共模輸入誤差電壓是:
      VIcε3=VIc3[1/(KCMR)R+1/KCMR]
       
      根據定義能夠獲取第二級共模抑制比:
      KCMR0=VIc3/VIcε3=1/1/(KCMR)R+1/KCMR
       
      在這組關系式里,A3是KCMR3=∞中的一個重要部分,
      那么只是分析電阻R3、R4、R5、R6的失配的共模抑制比,就能夠得出(KCMR)R≈1+|Avf2|δ3+δ4+δ5+δ6
       
      通過上面的關系式能夠了解到,如果KCMR3≥10(KCMR)R的情況下,那么電阻失配偏差就會成為制約第二級放大器共模抑制比的重要原因。
       
      3結語
      在流量計當中,電磁流量計是非常重要的構成部分,放大電路所產生的輸入阻抗非常高,極有可能出現信號被干擾的情況,而線路被干擾的信號會大于被測信號,同時電路設計能夠滿足電磁流量計中對于信號調整的需求。此電路的輸入阻抗要大于1G,共模抑制比要大于80dB,在兩個月的運行后,充分表明電路設計的方式是正確的。哪怕受到強干擾,管道只要能夠有效的接地,那么就能夠得到正常的運行。
       
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