摘(zhāi)要:一種電(diàn)磁流(liú)量轉換(huàn)器 信号處理方案使用(yòng)24比特低噪聲模(mó)數轉換器，使得(dé)模拟(nǐ)信号處理(lǐ)電路被簡化爲僅一(yī)級直(zhí)流耦合儀表放大器(qì)。該方法(fǎ)能夠顯著改進業(yè)界常(cháng)用的交(jiāo)流(liú)信号(hào)耦合(hé)電路(lù)難以(yǐ)克服(fú)的共模抑(yì)制比損失(shī),在(zài)具(jù)有信(xìn)号(hào)輸(shū)人阻(zǔ)抗的同時(shí)可以保持足(zú)夠低的(de)電路(lù)噪聲(shēng)，改善(shàn)最小(xiǎo)流(liú)速分辨(biàn)率。電(diàn)路(lù)能(néng)夠接(jiē)受:傳感器(qì)電極(jí)之間(jiān)450mv的直流差(chà)模電壓，有極寬(kuān)的輸(shū)人(rén)動态範圍和極佳(jiā)的線性。原理樣機通(tōng)過水(shuǐ)流(liú)标定試(shì)驗在(zài)0.5~5 m/s流速(sù)範圍(wéi)内達到(dào)±0.2%讀數正确率(lǜ)。
0引言(yán)
　　電磁(cí)流量計 因其口(kǒu)徑範(fàn)圍寬，量程(chéng)大，精(jīng)度高，無壓(yā)力損(sǔn)失，可(kě)靠性高等優點(diǎn)，在工業領域(yù)得到廣(guǎng)泛應(yīng)用”。電磁流量(liàng)計的工作原(yuán)理是法拉(lā)第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)電流體(tǐ)流過傳(chuán)感器(qì)工(gōng)作磁場(chǎng)時，在測量(liàng)管壁(bì)與流(liú)動方向(xiàng)和(hé)磁場(chǎng)方向(xiàng)相互(hù)垂直的一對電(diàn)極間，産(chǎn)生(shēng)與流(liú)速成(chéng)比例的電(diàn)動勢(shì)。電動勢的大小可表示爲e =kbdʋ,式中(zhōng)，e爲(wèi)感(gǎn)應信(xìn)号電勢; k爲常數(shù); b爲磁感應強度(dù); d爲測(cè)量管内(nèi)徑(jìng);ʋ爲測量管内電極斷(duàn)面(miàn)軸(zhóu)線方(fāng)向平均流(liú)速。電(diàn)磁流量計由電(diàn)磁流量傳感(gǎn)器和電(diàn)磁流量轉(zhuǎn)換器組成。電磁流量(liàng)傳感器的(de)輸出是疊(dié)加在(zài)共模(mó)信号上的極微(wēi)弱的(de)有用(yòng)信号，通常是微(wēi)伏到毫伏(fú)幅值(zhí)信号在幾百毫(háo)伏到一、兩伏的(de)共模信号之上(shàng)。傳感器(qì)内阻可能從十幾歐姆(mǔ)到幾十(shí)兆歐姆(mǔ)凹。從而(ér)要求(qiú)轉(zhuǎn)換器(qì)的信号處(chù)理電(diàn)路(lù)具有高(gāo)共模抑制比，低噪聲，高輸人阻(zǔ)抗的(de)特(tè)性。目前(qián)業界常用(yòng)工頻(pín)偶數(shù)分之-一倍(bèi)的低頻方波勵(lì)磁的傳感(gǎn)器激(jī)勵方(fāng)式"，要求電磁流量轉(zhuǎn)換器(qì)能夠處理(lǐ)傳感器輸出的脈動(dòng)交流(liú)信(xìn)号。交流(liú)信号耦合是電(diàn)磁流量轉(zhuǎn)換器信号放(fàng)大電路(lù)最常用的信号(hào)耦合方式。
1常見(jiàn)的信号放大電路設計及(jí)其優缺點
　　現代工業(yè)電磁(cí)流量計從(cóng)20世紀(jì)50年(nián)代産品(pǐn)問世以來(lái)随着電子(zǐ)技術和計(jì)算機技術的發(fā)展逐漸成熟完(wán)善和智能化，智(zhì)能化(huà)的(de)重要(yào)标(biāo)志是微處(chù)理器的使用。電磁流(liú)量傳感器輸出的高(gāo)内阻、高共(gòng)模且微(wēi)弱的有(yǒu)用信号不(bú)能被(bèi)微處理器(qì)直接接受,需要模數(shù)轉換器(qì)首(shǒu)先對(duì)傳感(gǎn)器輸出的(de)模拟信号(hào)進行(háng)數字化(huà)。直到21世(shì)紀初之前工業(yè)用途的分辨率(lǜ)高、低噪聲(shēng)模數(shù)轉換器仍是稀(xī)少和昂貴的商品，所(suǒ)以傳感器信号必需被放大數百(bǎi)至(zhì)上千倍後再數(shù)字化，從而可以使用(yòng)成本較低同時(shí)分(fèn)辨率也(yě)較低(dī)的模數轉換器。從20世紀的(de)工業(yè)電磁流量計産品進(jìn)化(huà)來的、目(mù)前(qián)仍然很常見(jiàn)的信号處(chù)理(lǐ)電(diàn)路通(tōng)常包(bāo)括前(qián)置放大(dà)，後級放(fàng)大，帶通(tōng)濾(lǜ)波,采(cǎi)樣(yàng)保持(chí),模數轉(zhuǎn)換等。如圖1所示(shì):微伏級(jí)的(de)信号(hào)被前置放大器(qì)放大約十倍後(hòu)交流耦合至後(hòu)級;接着(zhe)使用帶通濾波器(qì)把信(xìn)号進一步(bù)放大(dà)幾十倍近(jìn)伏級(jí)。被放大近伏級(jí)的信(xìn)号經過(guò)微處理(lǐ)器(qì)控制的(de)采樣(yàng)保(bǎo)持(chí)電路(lù)濾除(chú)尖(jiān)峰(fēng)，變成(chéng)緩慢(màn)的直(zhí)流信号送入模數轉(zhuǎn)換器。該方(fāng)法對(duì)模數(shù)轉換(huàn)器的(de)性能要求不高(gāo)，通常14~16比特的分(fèn)辨率和幾千赫茲的(de)輸出數據(jù)率即可(kě)。它的優點是成熟穩定(dìng)和被廣泛(fàn)驗證(zhèng)，缺點是放大電(diàn)路級數較多、增(zēng)益倍數較高造(zào)成電路(lù)結(jié)構複雜(zá)，容(róng)易振蕩，線(xiàn)性損失，過長的低通濾波時間(jiān)常數會影響對流量階躍變化(huà)做(zuò)出(chū)迅速響應(yīng)，另外在物料成(chéng)本、功耗(hào)、電(diàn)路尺寸、可靠性等方面也(yě)有劣勢。
 
　　電(diàn)磁流量傳感器(qì)的響(xiǎng)應通常(cháng)爲150 μv/( m/s)到200μv/(m/s)，因爲調制勵(lì)磁電流的換向(xiàng)，傳感器的輸出信号幅值(zhí)加倍。以150 μv/( m/s)(300 μv峰(fēng)峰值(zhí))響(xiǎng)應(yīng)爲例，對0.3~15 m/s流(liú)速的(de)量程範(fàn)圍(wéi)，傳感(gǎn)器輸(shū)出信(xìn)号幅(fú)值在90 μv峰峰值到(dào)4.5 mv峰峰值之間(jiān)。保證流速信号被(bèi)模數轉換(huàn)器正(zhèng)确分辨的(de)最低(dī)要求是出(chū)現在(zài)模數轉換(huàn)器輸(shū)人端(duān)的傳感器(qì)信号(hào)幅值不得(dé)大于模數轉換(huàn)器噪(zào)聲的一半(bàn)。模數轉(zhuǎn)換器無(wú)噪聲(shēng)分辨(biàn)率的計算(suàn)公(gōng)式如式(shì)(1)所示。瞬時流速(sù)對應的傳(chuán)感器(qì)信号(hào)幅值(zhí)可被(bèi)當作對模數轉(zhuǎn)換器(qì)噪(zào)聲的最低要求。由表1可(kě)見前(qián)級放大電(diàn)路增益越低(dī)對模數轉(zhuǎn)換(huàn)器的無噪聲分(fèn)辨率指标(biāo)的(de)要求越(yuè)高。這是20世紀後期數十年(nián)裏在(zài)缺少成本(běn)可負(fù)擔、高分辨率的模數轉換器的(de)條件下， 工業電(diàn)磁流量計(jì) 普遍使用幾百至，上(shàng)千倍增益(yì)的多(duō)級放(fàng)大電路的(de)重要原(yuán)因(yīn)。
 
　　電子(zǐ)進步使得在本(běn)世紀初開始出現越來越多性(xìng)價比(bǐ)更(gèng)好的低(dī)噪(zào)聲24比特(tè)模數(shù)轉換器産品。随(suí)之出(chū)現(xiàn)的數字(zì)過采樣交流信号耦(ǒu)合(hé)放大是(shì)一種(zhǒng)改進(jìn)的電路結構。如圖(tú)2所(suǒ)示傳(chuán)感器(qì)電極(jí)輸出(chū)信号(hào)使用電容耦合(hé)，在前(qián)置放大級采用(yòng)自舉電路(lù)提高輸人阻抗(kàng)，真差(chà)分輸(shū)出到(dào)模數(shù)轉換器。省略模(mó)拟帶(dài)通放大、采樣保(bǎo)持等電路(lù)。較高(gāo)速的模數(shù)轉換器對前置(zhì)放大器(qì)的輸出(chū)做過(guò)采(cǎi)樣。微處(chù)理器在(zài)數(shù)字(zì)域内重(zhòng)建流速信(xìn)号波形、同(tóng)步解調交(jiāo)流信号、濾(lǜ)除尖峰和噪聲，計算流速信号(hào)。該電路(lù)與前一-種電路相(xiàng)比的(de)優點(diǎn)是:更(gèng)少的(de)元件(jiàn)，更低的價(jià)格，真差分(fèn)信号(hào)的抗幹擾，接受(shòu)較寬的(de)輸人共模電壓範圍。
 
　　電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計(jì)的信(xìn)号放大電路需(xū)要很(hěn)高輸人阻(zǔ)抗以防止(zhǐ)傳感(gǎn)器輸(shū)出過(guò)載帶(dài)來的信号幅度(dù)減小從而導緻(zhì)測量精度和重(zhòng)複性(xìng)的(de)損失。如(rú)圖3所(suǒ)示(shì)電磁流(liú)量計常(cháng)用(yòng)自舉(jǔ)放大(dà)器在信号(hào)輸人端串聯耦(ǒu)合電容同時又(yòu)具有(yǒu)高的(de)輸人阻抗(kàng)巴。圖3的放(fàng)大電路(lù)的輸入阻抗(kàng)rn可用式(2)計(jì)算門。放(fàng)大電路(lù)的輸人(rén)阻抗與(yǔ)外部電阻(zǔ)、電容(róng)的數(shù)值和(hé)勵磁(cí)頻率(lǜ)高低(dī)有關(guān)甲。以最(zuì)常用的1/8工頻(pín)勵磁(cí)爲例如表(biǎo)2所示(shì)，需要(yào)使用十兆歐姆電阻(zǔ)才能達到(dào)上千兆的(de)輸人(rén)阻抗(kàng)。
 
　　但是自舉放大器輸(shū)人級(jí)結構也存在缺(quē)點:交(jiāo)流耦(ǒu)合電容容(róng)值(zhí)必需選(xuǎn)擇至(zhì)少在微法(fǎ)以上(shàng),容值且匹(pǐ)配的(de)電容網絡稀少(shǎo)而貴(guì)。公差(chà)通常是10%~20%很難達(dá)到1%的(de)微(wēi)法級的(de)分立電容器件會顯(xiǎn)著降低電路的共(gòng)模(mó)抑制(zhì)比和引入交流信号(hào)的(de)相位偏差。爲(wèi)達(dá)到109Ω直流(liú)輸人阻抗,自舉(jǔ)放大(dà)器電路需(xū)要用(yòng)到10mΩ級的外部電(diàn)阻。這些電(diàn)阻的(de)不匹配會(huì)帶來(lái)共模抑制(zhì)比的顯(xiǎn)著(zhe)下降(jiàng),比如0.1%電阻(zǔ)公差能達(dá)到(dào)66分貝共(gòng)模抑制(zhì)比(bǐ)，1%電阻(zǔ)公差隻(zhī)能達到(dào)34分貝共模抑制(zhì)比。電(diàn)磁(cí)流(liú)量計放大(dà)電路要求(qiú)大(dà)于(yú)100分貝(bèi)的共(gòng)模抑(yì)制比需要(yào)四個(gè)采用(yòng)厚/薄膜技(jì)術(shù)具有0.01%或更佳(jiā)的(de)絕(jué)對值(zhí)及溫(wēn)度(dù)系數匹(pǐ)配的單(dān)襯(chèn)底高(gāo)阻值電阻網絡(luò)4價格(gé)十分昂貴且難(nán)得(dé)。
 
2本文設(shè)計的直流信 号(hào)放大(dà)電路
　　本文電磁流量(liàng)轉換(huàn)器信号(hào)處(chù)理電(diàn)路如圖4所示。電(diàn)磁流量傳感器(qì)的一對(duì)電(diàn)極輸(shū)出經過射(shè)頻濾(lǜ)波阻容網絡直(zhí)流耦(ǒu)合至±5v供電(diàn)的ad8220結(jié)型場效應(yīng)管輸入儀表放(fàng)大器(qì)輸入端。ad8220的(de)增益(yì)設(shè)置爲5倍(bèi),參考電平管腳(jiǎo)連接到ad7172-2模(mó)數轉(zhuǎn)換器的2.5 v内部基準源(yuán)輸出(chū),把儀(yí)放輸出信号的(de)電平擡高至正(zhèng)極性。被ad8220調(diào)理後(hòu)的傳感器(qì)信号(hào)直流(liú)耦合(hé)至+5 v供(gòng)電的ad7172-2第(dì)0号(hào)輸人(rén)通道(dào)，ad7172-2的2.5v内部基(jī)準(zhǔn)源(yuán)輸出接第(dì)1号輸人通(tōng)道,兩(liǎng)個通道組成0~5 v僞(wéi)差分輸人(rén)。ad7172-2 的輸(shū)出數據率設爲(wèi)31 250 hz ,數(shù)字量(liàng)化後的(de)樣點(diǎn)送入adsp-bf504f數字(zì)信号(hào)處理(lǐ)器進行同步(bù)解調數(shù)字濾(lǜ)波(bō)和流量(liàng)計算(suàn)、線性化補(bǔ)償、電流或脈(mò)沖(chòng)輸出等處理。該(gāi)方案試圖(tú)吸取(qǔ)數字(zì)過采樣交(jiāo)流信号耦合的電磁流(liú)量計(jì)信(xìn)号放大電路優點的同時(shí)避免(miǎn)其共模(mó)抑制比(bǐ)損失(shī)的缺點。通(tōng)過使用比(bǐ)傳統(tǒng)方案低一到二(èr)百倍的(de)模拟增益并(bìng)結(jié)合軟件(jiàn)的(de)方法(fǎ)解(jiě)決直(zhí)流耦合帶(dài)來(lái)的(de)信号(hào)飽和(hé)問題(tí)。因爲放大器增(zēng)益隻有5倍, ±5 v供電(diàn)的ad8220的軌(guǐ)到(dào)軌電(diàn)壓輸出範圍的(de)上限是4.8v,單(dān)5v供電(diàn)且集成真(zhēn)軌到軌輸(shū)人(rén)緩沖器(qì)的ad7172-2的輸人電壓(yā)範圍是(shì)0~5 v。所以放(fàng)大器輸人(rén)動态(tài)範圍(wéi)等(děng)于(4.8-2.5) +5=0.46(v),折合(hé)150 μv/(m/s)響應(yīng)的傳感器(qì)在3 067 m/s流速(sù)的輸出(chū)(這僅是理論值(zhí),實際流速不可(kě)能這麽(me)高)。這表明該(gāi)電路(lù)設計能夠(gòu)處理(lǐ)極寬(kuān)廣的(de)流速(sù)範圍(wéi)。該電路的非線性誤差由(yóu)儀表(biǎo)放大(dà)器和模數(shù)轉換器的非線(xiàn)性低指(zhǐ)标(biāo)共同決定(dìng)。ad8220和ad7172-2的(de)數據手冊标稱其非線性(xìng)誤差典型(xíng)值(zhí)分(fèn)别是5ppm和±2pmm，所(suǒ)以該電路設(shè)計(jì)具有線性佳。
 
　　該方案(àn)有(yǒu)三個要(yào)點。第一,使(shǐ)用ad7172-2 24比(bǐ)特31250hzΣ-△型高(gāo)分辨率(lǜ)低噪聲的模(mó)數(shù)轉換(huàn)器(qì)。ad7172-2在(zài)輸人(rén)緩沖使能,20 hz輸出(chū)數據率(lǜ),5v外部基(jī)準(zhǔn)電壓源，片内sinc5+sinc1數字(zì)濾波器條(tiáo)件下(xià)的(de)噪(zào)聲性(xìng)能是1.8 μv峰(fēng)峰值，無噪聲(shēng)分辨率指(zhǐ)标22.4比(bǐ)特(tè)迫。ad7172-2 相比(bǐ)其他性能(néng)最接近的同類(lèi)模數(shù)轉換器産(chǎn)品在功耗(hào)和噪(zào)聲指(zhǐ)标上都降低超(chāo)過百分之五十。本文設計(jì)中使用ad7172-2内部2.5 v基(jī)準電(diàn)壓源,其初(chū)始精度±0.12%，溫漂(piāo)僅±2ppm/c,模數(shù)轉換器噪聲進(jìn)一步(bù)下降爲使(shǐ)用外(wài)部5伏(fú)基準源時的(de)一-半即(jí)0.9 μv峰峰(fēng)值。ad7172-2 集成的(de)斬波、真軌到軌(guǐ)緩沖器具有高(gāo)輸人阻抗，極低(dī)失調誤差漂移和1/f噪聲，使它能(néng)夠接人任意的(de)前級(jí)放大器而無需擔(dān)憂其驅動能(néng)力。模(mó)數轉(zhuǎn)換器的超低噪(zào)聲使得采用更低的前級(jí)放大器增益(yì)成爲可(kě)能。把放(fàng)大(dà)器增(zēng)益設(shè)置成5倍,模(mó)數轉換器(qì)噪(zào)聲峰峰值折(shé)算到(dào)放大(dà)器輸(shū)人端爲0.18μv仍(réng)顯著(zhe)小于(yú)前級放大(dà)器的(de)1/f噪聲(shēng)0.94 μv,約(yuē)等于(yú)分(fèn)辨1.2 mm/s的瞬時流速(sù)。雖然在絕大多(duō)數情(qíng)況下ad7172-2對電磁(cí)流量計已經(jīng)足夠好,同(tóng)系列的ad7175-2在相同配置(zhì)下可提供(gòng)低至(zhì)0.75μv峰峰(fēng)值噪聲(使用外部(bù)5 v基(jī)準電(diàn)壓源)和最(zuì)高可(kě)達250 000 hz的采(cǎi)樣速率(lǜ)。同系列(liè)的ad7173-8提供(gòng)類似(sì)的性(xìng)能和多達(dá)八個真差(chà)分輸(shū)入通(tōng)道可(kě)以擴(kuò)展溫度或壓力傳感器測量。
第二，在電磁(cí)流量傳感(gǎn)器輸出到模數(shù)轉換(huàn)器之間總共隻(zhī)用一級(jí)前置放(fàng)大器,即高(gāo)輸入(rù)阻(zǔ)抗(kàng)、高共模抑(yì)制比、低噪(zào)聲的集成(chéng)儀表放大(dà)器ad8220且(qiě)放(fàng)大(dà)倍數(shù)設置(zhì)爲5倍。因爲(wèi)使用片内集成(chéng)的激光微(wēi)調技術的高度匹配(pèi)電阻，ad8220典型(xíng)值高(gāo)達10分(fèn)貝衛(wèi)的共(gòng)模抑制比對電(diàn)磁流量(liàng)傳感器(qì)共模信号有很(hěn)好的抑(yì)制(zhì)。與自舉故大器不同的(de)是(shì),ad8220采用經典的三運放(fàng)拓撲(pū)和場效應管輸(shū)人的(de)電(diàn)流反饋(kuì)放大器(qì)結(jié)構具有1013?Ω輸(shū)人阻(zǔ)抗和(hé)10-12?a輸人漏電(diàn)流凹(āo)! ,完全可以滿足包括(kuò)高内阻的(de)電容電(diàn)極類型在内的絕大部(bù)分電(diàn)磁(cí)流量(liàng)傳感器。由(yóu)于勵磁(cí)頻率(lǜ)主要是低頻并且流(liú)量信(xìn)号(hào)通(tōng)常是緩變(biàn)的,所以(yǐ)信号(hào)處(chù)理電路在0- 10 hz範圍(wéi)内的噪聲是關鍵參(cān)數。ad8220号稱沒有0-10hz1/f電流噪聲凹(āo),折算到其輸人(rén)端的1/f電壓(yā)噪聲成爲主(zhǔ)要部分(fèn)。表3列出ad8220在各種(zhǒng)放大(dà)倍(bèi)數(shù)下折(shé)算到輸人端的(de)1/f電壓噪聲(shēng)峰峰值。其中5倍(bèi)放大(dà)的ad8220折算到輸人(rén)端的(de)噪聲峰峰(fēng)值是1.27 μv。通(tōng)過式(3)可以估算出(chū)此時(shí)模數轉換(huàn)器和(hé)儀表放(fàng)大器折(shé)算到輸人端(傳(chuán)感器的輸出端(duān))的噪(zào)聲爲(wèi)1.28μv,從而(ér)分辨150 μv/( m/'s)傳(chuán)感器的8.6 mm/s瞬時流速(sù)或1 mm/s的累積流量。此處(chù)估算使用0.1~10hz的噪(zào)聲指(zhǐ)标,但(dàn)根據(jù)流速緩(huǎn)慢變化的特(tè)性其實可(kě)以适(shì)用0.1-1 hz的噪聲(shēng)指标(biāo)，所(suǒ)以估算(suàn)值偏保守(shǒu),實際(jì)測試結果(guǒ)應該(gāi)更好。可見ad8220的1/f噪(zào)聲指标是決定(dìng)該電(diàn)路測量流(liú)速的最低(dī)分辨率的主(zhǔ)要因素(sù)。相比(bǐ)之(zhī)下模數轉換器(qì)的噪聲(shēng)是如此之低(dī),如果不考慮(lǜ)共模輸人範(fàn)圈、共模抑制(zhì)比和高輸人阻抗等(děng)限制.它甚至可以無需前級放大器(qì)增益而直接分(fèn)辨傳感器輸出(chū)信号(hào)。然(rán)而不幸(xìng)的是儀(yí)表放大器1/f噪聲随着放大倍數減(jiǎn)小而(ér)迅速(sù)增大,所以(yǐ)實踐中不(bú)能把儀表放大器(qì)的(de)增益(yì)設置(zhì)得過低。自(zì)舉放大器電路如(rú)果要達(dá)到1013Ω輸(shū)人(rén)阻抗和(hé)100分貝共模(mó)抑(yì)制(zhì)比需要兩支既(jì)昂貴又難得的(de)0.01%匹配1 x 109Ω超(chāo)電阻。
 
第(dì)三(sān)，直(zhí)流信(xìn)号耦(ǒu)合的(de)缺點是(shì)沒(méi)有區分的(de)放大(dà)包括不需要的直流差模電壓在内的任何差(chà)模信号，存(cún)在(zài)着放大器輸出和(hé)/或模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入飽和而不(bú)能正常工作的(de)風險(xiǎn)。電磁(cí)流(liú)量(liàng)傳感器(qì)由(yóu)于極化電壓、電極材(cái)料、表面磨(mó)損狀況、安裝位置的(de)不理想對稱等因素(sù)，即(jí)使在被(bèi)測流體靜(jìng)止的(de)條件;下(xià)電極之(zhī)間很難保證理(lǐ)想等電(diàn)位，有可(kě)能出(chū)現幾(jǐ)十毫(háo)伏到幾百毫伏(fú)不等的差(chà)模電(diàn)壓。作(zuò)者曾在實(shí)驗中遇到(dào)兩個電極(jí)間出現約(yuē)300mv的直流差(chà)模電(diàn)壓的(de)狀(zhuàng)況(kuàng)，如果(guǒ)ad8220儀表放大(dà)器增(zēng)益設爲(wèi)10倍，則輸(shū)人信号被(bèi)放大(dà)和電平(píng)搬移2.5 v後(hòu)ad8220的理論輸(shū)出值爲5.5 v,但是(shì)ad8220的供電(diàn)電壓爲(wèi)±5v,則(zé)造成(chéng)它的(de)輸出信号飽和(hé)。即(jí)使提高(gāo)放大(dà)器的供電(diàn)電壓可以(yǐ)避免其輸(shū)出飽和，模數轉換器(qì)的0~5 v輸(shū)人範圍也會被(bèi)飽和(hé)。本文(wén)設計中(zhōng)把(bǎ)儀(yí)表放大(dà)器的增益降低(dī)至5倍，則此信号(hào)被ad8220放大和平移(yí)後出(chū)現在其輸(shū)出端爲(wèi)4 v仍(réng)在ad8220±4.8 v的(de)輸出範(fàn)圍和(hé)ad7172-2 的(de)0~5 v輸人範圍内，所(suǒ)以電路(lù)可以正(zhèng)常工(gōng)作。考(kǎo)慮0~15 m/s的流速信号的幅(fú)值該電路(lù)能(néng)夠(gòu)處理的電(diàn)極間(jiān)差模(mó)電壓可以達到(4.8 v-15 m/s x0.00015 v/(m/s))÷5=0.457 v。電(diàn)極間差(chà)模電(diàn)壓造成的零點(diǎn)偏移可以(yǐ)通過周期性的(de)軟件計(jì)算被扣(kòu)除。進(jìn)一步(bù)減小(xiǎo)儀(yí)表放大器的(de)增益可擴大電路處(chù)理(lǐ)電(diàn)極差模電壓的範圍(wéi)但代(dài)價(jià)是儀表(biǎo)放大器噪(zào)聲迅(xùn)速增大(dà)。該電(diàn)路(lù)噪聲(shēng)性能(néng)的瓶頸在于(yú)儀表放(fàng)大器而非(fēi)模數(shù)轉換(huàn)器。在滿足(zú)最低(dī)分辨(biàn)率的(de)前提條件(jiàn)下對本文設計(jì)的直(zhí)流信(xìn)号耦(ǒu)合而(ér)言前級放大器增益越低越好(hǎo)。
3實驗結果
　　試驗條件(jiàn):傳感器50mm口(kǒu)徑，電極材(cái)料316l不(bú)鏽鋼，傳感(gǎn)器系(xì)數1.1089,常溫常壓水，電子(zǐ)秤稱重法(fǎ)。進行系(xì)統零點和滿(mǎn)量程校正，未做逐點非線(xiàn)性校正(zhèng)。表(biǎo)4說明(míng)本文的方(fāng)案在(zài)0.5 ~5m/s的流速(sù)範(fàn)圍内(nèi)的測(cè)量(liàng)結果達(dá)到±0.2%的(de)示(shì)數誤差(chà)，重複性優(yōu)于萬分之(zhī)四(sì)。
 
 
4結(jié)束語(yǔ)
　　本文介紹了一種用于電磁流量(liàng)計的數字過(guò)采樣直流(liú)耦(ǒu)合(hé)的信号處理電路，配(pèi)合(hé)最新24比(bǐ)特低噪聲(shēng)模數轉(zhuǎn)換(huàn)器能夠克(kè)服傳(chuán)統的交流(liú)信号耦合(hé)方式(shì)的共模抑制比(bǐ)欠佳的不足，具(jù)有(yǒu)高(gāo)輸入(rù)阻抗(kàng)、低噪聲(shēng)、寬輸人(rén)動态範(fàn)圍(wéi)、線性(xìng)好等優(yōu)點，直流(liú)信号耦合帶來的信号飽和問(wèn)題也(yě)得到(dào)了較好的解(jiě)決。該方(fāng)案使用(yòng)50mm口徑電(diàn)磁流量傳感器(qì)通過(guò)水流(liú)标定(dìng)試驗在(zài)0.5 ~5 m/s的流速(sù)範圍内基(jī)本誤差達到±0.2%讀(dú)數，性(xìng)能好、設計簡潔，值得廣大電磁(cí)流量計用戶做(zuò)進一步評(píng)估。

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