如何調理電磁流量計的信號電路?
發布日期:2018-09-06 17:03

如何調理電磁流量計的信號電路?

電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律,導電流體在交變磁場中做切割磁力線運動產生感應電動勢,通過測量感應電動勢達到測流量的目的。由于感應電動勢是一種低頻,低電壓信號,并且參雜有很多干擾信號,在進行AD采樣前必須經過處理才能達到要求。這里設計了一種在電池供電電磁流量計系統中使用的信號調理電路,可以實現對微小信號的調理,同時電路功耗較低。該信號調理電路主要由儀表放大器,低通濾波電路和信號放大電路三部分組成。
 
1.儀表放大電路
由激磁線圈產生的三值矩形波信號的頻率為625Hz,則感應電動勢也為同頻率的交流信號,即被測信號。由于被測信號屬于低頻信號,需要用頻帶從零開始的直流放大器。那么直流放大器將面臨兩個問題:一是前級和后級的靜態工作點互相影響,二是零點漂移問題。前級引起的零點漂移電壓,再被后級放大,終將掩蓋正常的信號輸出。而差動放大電路因其具有特殊的電路結構,能夠有效地抑制零點漂移,因此測量電路的***級采用儀表放大器儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器,它具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和髙共模抑制比等特點。儀表放大器所采用的基礎部件(運算放大器),它們在性能上與標準運算放大器有很大的不同。標準運算放大器是單端器件,其傳輸函數主要由反饋網絡決定;而儀表放大器在有共模信號條件下能夠放大很微弱的差分信號,因而具有很高的共模抑制比(CMR)。
低功耗儀表放大器屬于三運放拓撲結構,三運放拓撲的真正優勢是能夠進行真正的差分測量(高CMR),同時又有非常高的輸入阻抗,這些特點使其得到了廣泛應用,特別是在信號源阻抗非常高的場合外接增益設置電阻是儀表放大器的關鍵部件,要具有較好的溫度系數和溫度一致性,它的精度及溫度穩定性直接影增益,對于放大器的總體性能有較大影響。特別是增益較大時(G>100),連線及插口的電阻也會對增益帶來附加誤差。也就是說,式中的RG值應為外接電阻與連線等雜散電阻的總和??紤]到被測信號中強噪聲的存在,減少噪聲進入后續電路以及使得精密儀用放大器處于線性工作區,選***級放大倍數約為10,取RG為55K。
 
2.低通濾波電路
由傳感器測量電極檢測到的電壓信號,經過儀表放大電路后變為單端信號。由于測到的電壓信號屬微弱信號,干擾信號的幅度相對較大,為保證前置放大器工作在線性區域,所以前置放大器的輸出幅度仍然很低,不能直接進信號采樣,還需要再經數百倍的放大。同時需要注意的是,高倍多級的放大必須預防放大器的自激振蕩。此外,測量電路及器件本身存在噪聲外,還有電磁干擾、靜電干擾等因素,流量信號中仍然可能含有多種頻率成分的噪聲。嚴重時這些噪聲可能淹沒真正的流量信號,使得測量系統無法獲取有用的流量信號。因此,在采集信號前需要進行濾波處理,將不需要的噪聲干擾信號抑制掉,用以增加測量系統的信噪比。
設計中流量信號的頻率是6.25Hz,屬低頻信號,所以設計使用低通濾波電路由集成運放和RC網絡共同組成的濾波電路,由于集成運放是有源器件,屬于有源濾波電路,具有選擇性好、帶負載能力強的特點,因此采用二階有源低通濾波電路運算放大器選用一種低電壓微功耗器件,單、雙電源兩種供電模式。測量信號屬于微小信號,采用單電原供電,供電范圍是+16V+36V。此外,它的開環增益最小700∨/mV,較高的共模抑制比,非常適合電池供電系統電路具有同相輸入結構,集成運放接成電壓跟隨器的形式,直流輸入電阻很高,輸出電阻很低,具有很強的帶負載能力。由于電路對于RC網絡呈現很高的輸入阻抗,因此,整個電路的選頻特性基本上取決于RC網絡
 
3.信號放大電路
經過前置放大器的差動放大、二階低通濾波電路之后,被測流量信號的共模干擾以及其他干擾頻率的噪聲得到了大大的削弱。但是,其信號幅值仍然很小,需要進行幅值的高倍數放大后,才能進行信號的采集與分析。采用可調節高增益電壓放大電路來實現信號放大。該電路由MAX4197和MA×4194組成,MAX4194的外接精密電阻用來調節放大器的增益。對于高增益放大電路,為了滿足輸出信號幅值的設計要求,放大倍數通常較大,而作為測量電路本身的噪聲也會被放大,因此只有通過負反饋環路,消除共模信號的干擾,才能確保電路對被測信號的放大作用。當流量測量信號進入測量電路時,放大器與電容形成負反饋閉環電路,測量電路的固有噪聲信號反饋到輸入端,即電容C3上的電壓值,被測信號與電容上的噪聲構成差動信號,從而去除固有噪聲干擾信號,有效減少噪聲信號的干擾。由于是兩級放大,全可以滿足電路對信號的放大要求,使得整體放大倍數達到1萬倍左右,輸出信號幅值可以達到04V~25V,進入后續的AD采樣部分以上設計的一種用于電磁流量計的信號調理電路,包括儀表放大電路,低通濾波電路和信號放大電路,可以有效地抑制干擾,
對信號進行放大,從而達到測量要求。電路中使用的運算放大器均采用低電壓微功耗器件,大大降低了電路的功耗。該信號調理電路也使用與其他電池供電的便攜式測試系統。

以上就是調理電磁流量計的信號電路的三種設計方案

產品信息歸江蘇創輝自動化儀表有限公司所有
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