ZHCAD68 September   2023 INA823 , OPA2387 , XTR115 , XTR116

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2工作原理
    1. 2.1 惠斯通电桥传感器
    2. 2.2 2A INA
    3. 2.3 4-20mA 电流环路变送器接口
  6. 3仿真
  7. 4PCB 设计
  8. 5验证和测量的性能
  9. 6总结
  10. 7参考资料
  11.   附录

2.1 惠斯通电桥传感器

惠斯通电桥是实现高精度传感器测量的常用电路配置。该电桥由四个电阻元件组成，而这些元件在激励电压 (VEXC) 和地之间形成两个并联的分压器。在最基本的形式中，只有一种元件的电阻可以改变。这种电阻变化会在两个分压器 VSIG+ 与 VSIG- 之间产生电压差。需要测量这两个点之间的电压差 (VDIFF)。电压差越大，电阻变化就越大，因此测量到的传感器值变化也就越大。图 2-2 展示了典型的惠斯通电桥配置，方程式 1 描述了 VDIFF、VEXC 和电阻式电桥元件之间相对于地的关系。

GUID-20230731-SS0I-WZBT-SZH7-XLPDNB57S3NP-low.svg图 2-2 惠斯通电桥基本配置
方程式 1. V D I F F = V S I G + - V S I G - =   V E X C × R 2 R 1 + R 2 - R 3 R 3 + R 4

所选传感器的输入电阻约为 1kΩ，在 VEXC 为 4.096V 时会消耗超过 4mA 的电流。因此，在电桥的两侧串联放置了两个 500Ω 电阻，使电流限制为 2mA，同时保持信号接近 1/2Vs，以避免后续 INA 级中的共模限制。限流电阻 (RLIMIT) 的大小设定为可在惠斯通电桥上产生 2.096V 的激励电压。较大的限流电阻会降低有效激励电压，从而降低电桥灵敏度。图 2-3、方程式 2 和方程式 3 描述了修改后的惠斯通电桥，并显示了 RLIMIT 的计算公式。

GUID-20230801-SS0I-XFV4-71KT-FPQ3VC3HHGTT-low.svg图 2-3 限流的惠斯通电桥配置
方程式 2. V B R I D G E   I B R I D G E = 4.096 V 2 m A) = 2 R L I M I T + R B R I D G E = 2 R L I M I T + 1 k Ω   →   R L I M I T = 500 Ω
方程式 3. V E F F _ E X C = V X - V Y = V E X C - 2 I B R I D G E R L I M I T = 4.096 V - 2 × 2 m A × 500 Ω → V E F F _ E X C =   2.096 V

该设计使用惠斯通电桥称重传感器，但可配置到惠斯通电桥中的任何传感器都适用。施加到称重传感器的重量增加时，VDIFF 上产生的差分电压也会随之增加。有关所选称重传感器的更多详细信息，请参阅附录 1：称重传感器和实验设置。