应变传感器工作电压由桥压产生电路供给,其稳定性直接影响输入信号的测量精度。为使测量误差及输入信号漂移最小,桥压电路应选用低温度系数的精密基准稳压芯片,如LM399、LM3999等。它们采用次表面隐埋技术,具有长期稳定性好、噪声电压低等优点,其优异的恒温特性αT=(0.3~2)×10-6/℃,可有效消除温度变化对基准电压的影响。
系统增加了共模抑制电路,可进一步减小系统噪声和直流零点漂移误差,提高测试精度;在仪表放大器输出端设置一个低通滤波器以滤除高频分量,降低低频噪声;增加缓冲驱动电路,加大放大器的带载能力,在放大器与负载相距较远时,效果明显。该系统解决了以往应变仪中频带不足、精度不高等难题,是一种新型的精密测试仪器。
AD8230在应变测试仪中的应用
AD8230在精密应变测试仪中主要用于共模抑制、信号放大、自动稳零和输出缓冲等。
共模抑制电路
因应变电桥输出电压很弱,信号传输大多采用屏蔽电缆。在远距离测量时,信号线与电缆屏蔽层之间存在不容忽视的分布电容,若将屏蔽层直接接地,则当两个输入端各自对地电容不等时,将使系统的共模抑制能力下降,影响后级测量精度。图3采用一种积极的数据保护措施,将屏蔽层适当驱动后接于共模信号相等的电位点上,改善AC CMR,从而不产生泄漏电流,提高了信噪比。
图3 改善共模抑制电路
图4 输出滤波,缓冲电路
输出滤波、驱动缓冲电路
AD8230放大器驱动负载能力较小,仅可驱动10kW以上负载阻抗。若负载阻抗小于10kW,其输出端应再加一级精密驱动缓冲器。根据应用频段,在输出端加设一个低通滤波器以滤除高频分量,推荐选用UAF42AU。它集滤波、驱动为一体,通过改变引脚间连接,可灵活实现低通、高通、带通或带阻滤波。当驱动负载为2kW时,UAF42AU输出摆幅为±11.5V,可满足测试仪在各领域的应用要求。输出缓冲电路如图4所示。
结语
AD8230可取代分立器件构成的仪表放大器,具有线性度好、温度稳定性高、体积小、可靠性高等特点,可用作低功耗医用仪表放大器、热电偶放大器、电桥应变测量放大器及用于传感器接口、工业过程控制和低功耗数据采集系统中。由其构成的应变测试仪被广泛应用于物料计量称、传感器仪表等,实践表明,该测试仪最大动态测量误差 ≤1.53‰