有色金屬行業(yè)的電磁流量計(jì)前置放大電路的設(shè)計(jì)與分析

郭孝玲

（中鋁山西新材料有限公司，山西 運(yùn)城 044000）

利用電磁感應(yīng)定律所制造的測(cè)試導(dǎo)電液體流量的儀器，就叫做電磁流量計(jì)，其他流量計(jì)無(wú)法完成的測(cè)量工作，運(yùn)用電磁流量計(jì)都能夠完成。因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)所形成的信號(hào)并不大，若想測(cè)試出準(zhǔn)確的流量信號(hào)，那么就一定要具有高性能的放大器。

1 有色金屬企業(yè)用放大器的要求

對(duì)前置級(jí)的設(shè)計(jì)非常的重要。采用電磁流量轉(zhuǎn)換器里的前置放大電路，是為把傳感器所傳送的流量信號(hào)的弱小電壓部分進(jìn)行增大。通過(guò)對(duì)流量信號(hào)的研究，總結(jié)出了前置級(jí)需要符合的條件。

（1）高輸入阻抗，通常通過(guò)檢測(cè)所獲取的流量信號(hào)并不平穩(wěn)，要降低信號(hào)源內(nèi)阻所造成的干擾，那么就一定要加強(qiáng)輸入阻抗。

（2）低噪聲和低溫漂，根據(jù)上面所介紹的內(nèi)容進(jìn)行分析能夠了解到，前置級(jí)可以使用差動(dòng)輸入，其可以增加差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)等功能。

2 放大電路分析

此放大電路主要是運(yùn)算放大器所構(gòu)成的，在輸入電流的時(shí)候是雙端模式，而在輸出的時(shí)候是單端模式。而第一級(jí)主要是A1、A2、R1、R2以及RG所構(gòu)成的，電路主要運(yùn)用的是電壓跟隨器，通常情況下為兩個(gè)，利用RG把電壓跟隨器進(jìn)行銜接，這樣一來(lái)就能夠形成大的輸入電阻，并把雙端輸入轉(zhuǎn)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(dǎo)致運(yùn)算放大器在傳送信號(hào)的過(guò)程中，出現(xiàn)失調(diào)電壓的是VIO1VIO2、VIO3；和A2形成的失調(diào)電壓以及電流是V10，以及I10；同時(shí)，V10=VI01-VI02。

2.1 閉環(huán)差模電壓增益Avf

在對(duì)Avf采取研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，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(guò)理想集成運(yùn)算放大器的特性，能夠得出V+=V-，那么就能夠確立下面的關(guān)系：

在對(duì)上面的公式進(jìn)行運(yùn)算后，就能夠獲取閉環(huán)差模電壓增益Avf是：

A1與A2構(gòu)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(gòu)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?qū)vf進(jìn)行調(diào)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?qū)﹄娐返膶?duì)稱性造成破壞，也就是共模抑制特征不會(huì)下降。

2.2 閉環(huán)差模輸入電阻Rif

差模信號(hào)零點(diǎn)位點(diǎn)屬于RG的中心點(diǎn)，利用A1、A2來(lái)運(yùn)算閉環(huán)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(shù)。

通常情況下，運(yùn)放具備相當(dāng)不錯(cuò)的差模輸入阻抗，最好選用合適的運(yùn)放芯片，這樣的話,Rif就能夠具有1G以上。

2.3 輸入失調(diào)特性和溫漂

若想讓計(jì)算變得簡(jiǎn)單，可以設(shè)置Vic=0，并且讓Vid形成獨(dú)立，然后設(shè)置Vio3=0。A1與A2的輸入偏流IIB1IIB2與放大器的輸入偏流IIB、失調(diào)電流Iio為：IIB1=IIB+1/2IIOIIB2=IIB-1/2IIO

同時(shí)也可以寫成：

在R3=R4=R5=R6條件下∶

上面的公式能夠表明，對(duì)差模輸入信號(hào)（Vid-v10）的電壓增益為Avf=-(1+2R1/RG)

等效輸入失調(diào)電壓溫漂是：

如果Avf=1的情況下，那么R2越大，輸入失調(diào)溫漂就會(huì)變大，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檢測(cè)共模信號(hào)會(huì)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(huì)更好，放大電路的性能也會(huì)越好，共模抑制比的值還是最好大一些。若想讓所研究的結(jié)論更有說(shuō)服力，那么可以設(shè)定Vid=0，并且只有A1、A2的共模抑制特性不是無(wú)窮大，其余的全都要設(shè)置成為規(guī)定的指標(biāo)。

其中A3組當(dāng)中的共模電壓是VIc3=1/2(VO1+VO2），而共模輸出電壓VoB是

其中KCMR代表的是共模抑制比。

第二級(jí)輸入端的共模輸入誤差電壓是：

根據(jù)定義能夠獲取第二級(jí)共模抑制比∶

在這組關(guān)系式里，A3是KCMR3=∞中的一個(gè)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(guò)上面的關(guān)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(huì)成為制約第二級(jí)放大器共模抑制比的重要原因。

3 結(jié)語(yǔ)

在流量計(jì)當(dāng)中，電磁流量計(jì)是非常重要的構(gòu)成部分，放大電路所產(chǎn)生的輸入阻抗非常高，極有可能出現(xiàn)信號(hào)被干擾的情況，而線路被干擾的信號(hào)會(huì)大于被測(cè)信號(hào)，同時(shí)電路設(shè)計(jì)能夠滿足電磁流量計(jì)中對(duì)于信號(hào)調(diào)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(gè)月的運(yùn)行后，充分表明電路設(shè)計(jì)的方式是正確的。哪怕受到強(qiáng)干擾，管道只要能夠有效的接地，那么就能夠得到正常的運(yùn)行。