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小电流压力变送器与集成电压或电流驱动

时间:2021-04-19 点击次数:

灵活的电流发送器可以将压力传感器的不同电压输出转换成4至20毫安。

该电路优化了各种桥式电压和电流驱动压力传感器,仅使用5个有源设备,误差不超过1%。供电范围为7V至36V,这取决于部件和传感器驱动器的配置。

该电路的输入具有ESD保护功能,可以提供比供电轨道高的电压保护,是工业应用的理想选择。

电路说明。

该设计提供了完整的4毫安至20毫安输送机压力传感器测量解决方案。有三个重要的电路级别:传感器激励驱动、传感器输出放大器和电压电流转换器。

电路所需的总电流(无电桥驱动电流和输出电流)为5.23毫安(最大值)。


张力传感器LFZ-14

激励:电压驱动配置。

根据所选择的压力传感器,需要使用电压驱动或电流驱动。该电路采用四分之一的ADA4091-4(U2A),通过开关S1选择不同的配置,支撑两个选项之一。电压驱动器配置,S1位置最接近识别标志。电压驱动器通常采用该级增益(1+R5/R6)配置为6V桥梁驱动器电压。其他驱动器电压可以通过适当改变电阻比来获得:

请注意,电源电压VCC至少比桥式驱动电压高0.2V,这样U2A就有足够的余量。ADA4091-4:

电路采用计算放大器ADA4091-4,具有低功耗(每个放大器250μA)、低失调电压(250μV)和轨道输入输出特性。

由于ADR02精度(A:0.1%、B:0.06%)和低静电流(0.8毫安),ADR02被选为5V基准电压源。

激励:电流驱动配置。

将S1移动到离识别标志最远的位置,电路可以切换到电流驱动配置。

在电流驱动模式下,电路配置为R4=2.5kω,IDRIVE=2mA。通过以下选择R4值,可以获得低或高的IDRIVE值。

驱动电压VDRIVE可计算如下。

电源需要0.2V的余量,因此:

感应器电流驱动配置(原理:未显示所有连接和耦合)

桥面输出器放大器和失调电路。

桥面输出采用带宽39.6kHz的共模滤波器(4.02kω,1nf)和带宽1.98kHz的差模滤波器(8.04kω,10nf)。

AD8226是仪器有低增益误差(0.1%,b级)、低失调(G=16:58μV,b级)、G=16:112μV,A级)、优异的非线性增益(75ppm=0.0075%)、轨道输入输出特性,AD8226是仪器功放的理想选择。

AD8226设备放大器采用R3=3.28kω增益设定阻力,将100毫伏FS信号放大16倍至1.6V。增益G与R3的关系如下

G=16,R3=3.293kω。选择最接近R3的标准0.05%(3.28kω),获得G=16.06的收益,总收益误差为+0.4%。

对于0V桥的输出,输出环的电流必须为4毫安。如图1所示,将+0.4V失调加入AD8226仪器功率放大器REF输入即可获得该值。+0.4V来自ADR025V标准电压源,使用分压器电阻R7/R8,使用U2B缓冲电压。

采用ADR025V标准电压设置桥梁的驱动电压或电流,设置4毫安零电平失调。初始精度为0.06%(b级),电压噪声为10μVp-p。此外,可以使用高达36V的电源电压工作,功耗不足1毫安,是低功耗应用的理想选择。

压力电流转换。

在VOUT中,AD8226的0V-100mV输入可以产生0.4V-2.0V的输出幅度。U2C缓冲器在R13两端施加该电压,产生相应的0.4毫安至2.0毫安电流I13。然后I13电流镜像进入R12,得到的电压进入R15,从而达到4毫安至20毫安的最终环路电流。晶体管Q1应至少有300个高增长,以最大限度地减少基极电流引起的线性误差。

Q2输出晶体管为40VP槽MOSFET功率晶体管,25°C耗电0.75W。输出电流为20mA,输入0ω环负荷电阻,当VCC电源为36V时,其功耗最低。这种情况下,Q2的功耗是0.68W。但是选择合适的VCC,至少比最大环负荷电压高3V,可以大大降低Q2的功耗。这样可以确保检测到R15两端的电压降有足够的余量。

电压电源要求。

为使电路正常工作,VCC的供电电压必须在7V以上,为ADR02基准电压源提供足够的余量。

最小VCC电源电压也取决于桥梁的驱动电路配置。在VDRIVE=6V的电压驱动模式下,电源电压VCC必须超过6.2V,U2A可以保持足够的余额(见图2)。

在电流驱动模式下,电源电压VCC必须大于11.2V,以保持足够的容量(见图3)。

供电电压限值为36V(最大值)。

主要部件误差分析。

表2和表3分别表示系统中有源元件引起的AD8226和ADR02A、B的最大误差和rss误差。请注意,操作放大器ADA4091-2只能在一级使用。

总回路精度。

假设所有重要电阻对总误差的贡献都是相等的。R3、R7、R8、R12、R13和R15是六个重要电阻。当电阻为0.1%时,容量差可导致总电阻为0.6%的最大值。假ss误差为0.1√6=0.245%。

将0.6%最差情况下的电阻容量误差加入上述有源元件(a级)引起的最差情况误差即可得到。

误差=0.19%+0.6%=0.79%

收入误差=0.15%+0.6%=0.75%

全过程误差=0.34%+0.6%=0.94%

假设这些误差选择电阻计算值,误差只来自容差。

电路总误差在1%以上,但要求更好的精度。电路需要失调和增益调节能力。对于4毫安输出和零电平输入,可以通过调整R7或R8来校准失调,然后通过改变R3来调整满载范围。这两种调整是独立的,假设先校准失调。

VCC=25V是电路的实际误差数据。总输出电流误差(%FSR)将理想输出电流与测量输出电流之间的差距除以FSR(16毫安),计算结果乘以100。

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