電磁流量計前置電路設計

電磁流量計前置電路設計
   3．2．1采樣保持電路設計
   采樣保持電路設計的目的在于存儲上一個控制時序的信號，由此提供負反饋電路的給定值，并和本測量時序的測量結果相減，以達到每次的極化電壓都盡量為零。因此，采樣保持器的高精度對控制極化電壓到穩定值從而準確測量感應電動勢顯得非常重要。
   采樣保持器的作用：在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化；而在保持狀態，能使其輸出值保持不變。圖3．2(a)所示為簡單的采樣保持電路。Vref2．5V — K03 一KD4 在這種簡單的采樣保持電路中，電容C10對采樣保持結果的精度有很大的影響，因為電容值過大，其時間常數大，當信號變化頻率較高時，電容充放電時間就會加長，這將會影響輸出信號對輸入信號的跟隨特性，在采樣的瞬間，電容兩端的電壓會與輸入電壓信號有一定的誤差；而當處于保持狀態時，如果電容的漏電流太大，負載電阻太小，都會引起保持信號電平的變化。為了使采樣保持器擁有足夠的精度，一般在其輸入級和輸出級都連接緩沖器，以減少信號源的輸出阻抗，增加負載的輸入阻抗。在電容的選擇時，使其選擇容量大小適宜，以保證其時間常數適中。
   3．2．2保護電路設計
   圖3．2(b)所示為過壓保護電路。它是由兩個二極管反向串聯起來的，這種方式可以起到雙向過壓保護電路的作用，當電壓(無論是哪個方向的電壓)超過二極管的反向電壓時，就會把相應的二極管擊穿，形成回路，從而把電源給旁路了，不會把過壓信號傳送到下一元器件，這樣就保護了與之相聯的電路上的元器件。當電流超過二極管的反向電流時二極管被擊穿損壞。在本系統設計中保證0．2．5V的電壓信號通過。．
   3．2．3 A／D轉換電路設計
   在智能電磁流量計中，經過處理后的外部模擬信號，就必須要通過A／D轉換， 變換為數字信號。．電磁流量計轉換器測量的信號通常是低速緩慢變化的，采樣時間一般在幾個到幾十個毫秒，通常可以選用低速A／D轉換器。但是，考慮到電磁流量計轉換器需要的寬測量范圍和高的精度，以及在不均勻流量下的集中采樣， 這就需要選擇盡量高位A／D轉換器以滿足要求。因而，ADC的選擇非常重要。其主要性能指標包括分辨率、轉換速度、轉換精度等。按照工作原理，ADC主要包括逐次逼近式、并行比較、V／F轉換、雙積分式和Σ．△幾種類型。
   逐次逼近型模數轉換器采樣速率不高，輸入帶寬也較低，它的優點是原理簡單、便于實現、不存在延遲問題，適用于中速率而分辨率要求較高的場合。并行比較A／D轉換器是現今速度的模數轉換器，其采樣速率在1 GSPS以上，通常稱為“閃爍式’’A／D轉換器。其優點是轉換速度，缺點是分辨率低(一般在10位以下)、功耗大、需要的比較器的數目多、電路復雜、成本高。V／F轉換器也即電壓／頻率式模數轉換器，它是把模擬電壓信號轉換成頻率信號的器件，內部電路的積分電容如果漏電流大，將會直接影響轉換精度，因此要選擇漏電流小的電容。
    雙積分型A／D轉換器又稱為雙斜率或多斜率ADC，它是應用比較廣泛的一類轉換器。由于在輸入端口采用了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網的工頻干擾。這類ADC主要應用于低速、精密測量等領域，如數字電壓表。其優點是分辨率高(可達到22位甚至更高)、功耗低、成本低；缺點是轉換速率低，轉換速率在12位時為100～-300SPS。Σ．△型A／D轉換器由積分器、比較器、1位．D／A轉換器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換為時間脈沖后得到的數字值。對含有比較器的單片機可以使用很少的零件構成Σ．△型AD轉換器，而得到比較高的分辨率。雖然所用的單片機MSP430F149具有內置的A／D轉換器，但其內置的A／D轉換器只能將模擬電壓轉換成一個12位的數字量，這對于電磁流量計和本設計的要求要來說，其精度和分辨率是達不到要求的，所以綜合考慮本系統設計采用的是ADI公司的AD7790，AD7790是一種低功耗16位的Σ．△型A／D轉換器，它包括由緩沖器和增益可編程放大器(PGA)組成的前端模擬調節電路、Σ-△調制器、可編程數字濾波器等部件。可以直接將傳感器測量到的微小信號進行A／D轉換， 同時還具有高分辨率、寬動態范圍、自校準、優良的抗噪聲性能以及低電壓、低功耗等特點，非常適合應用在儀表測量、工業控制等領域。主要特點包括： 全差分輸入通道的ADC、內部震蕩時鐘、可編程增益、可編程輸出數據更新率及自校準和系統校準功能；同時還具備三線串行接口且與DSP相互兼容，與CPU 的接口電路十分簡單。黼9Q
    AD7790的串行數據接口包括5個信號，其中片選輸入CS、數據輸入DIN、轉換數據輸出NDOUT、串行時鐘輸入SCLK，分別與單片機的P3．0121、P3．1口、P3．2口、P3．3口相連，用以實現片選信號、為傳輸數據提供時鐘、數據的傳輸等動作。當片選信號接低時，三線模式就會起作用。系統的測量信號經過濾波等處理后進入ADC的模擬輸入AIN+端：模擬輸入AIN．端直接接模擬地AGND；同時，還須為ADC提供穩定的2．5V參考電壓以及3．3V的電源電壓。A／D基準電壓的精度和穩定性是保證A／D轉換精度的重要條件，在這里的3．3V基準電源由外部電路單獨提供，與數字部分采用的3．3V電源分開了。具體實現如圖3．3上述設計的AD轉換電路能夠實現16位精度的模數轉換工作，完成了數字邏輯控制板中將模擬信號處理板處理過的模擬信號數字化的設計要求。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：