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)無法完成的測量工作，運(yùn)用電磁流量計(jì)都能夠完成。因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)所形成的信號并不大，若想測試出準(zhǔn)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(yè)用放大器的要求

對前置級的設(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的弱小電壓部分進(jìn)行增大。通過對流量信號的研究，總結(jié)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(wěn)，要降低信號源內(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(yùn)算放大器所構(gòu)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。而第一級主要是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，利用RG把電壓跟隨器進(jìn)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(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的過程中，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，V10=VI01-VI02。

2.1 閉環(huán)差模電壓增益Avf

在對Avf采取研究的過程中發(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ΨQ性造成破壞，也就是共模抑制特征不會下降。

2.2 閉環(huán)差模輸入電阻Rif

差模信號零點(diǎn)位點(diǎn)屬于RG的中心點(diǎn)，利用A1、A2來運(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

同時也可以寫成：

在R3=R4=R5=R6條件下∶

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(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最好大一些。若想讓所研究的結(jié)論更有說服力，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共模抑制比∶

在這組關(guān)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(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成為制約第二級放大器共模抑制比的重要原因。

3 結(jié)語

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(shè)計(jì)能夠滿足電磁流量計(jì)中對于信號調(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。