电磁流量计前置电路设计

电磁流量计前置电路设计
   3．2．1采样保持电路设计
   采样保持电路设计的目的在于存储上一个控制时序的信号，由此提供负反馈电路的给定值，并和本测量时序的测量结果相减，以达到每次的极化电压都尽量为零。因此，采样保持器的高精度对控制极化电压到稳定值从而准确测量感应电动势显得非常重要。
   采样保持器的作用：在采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化；而在保持状态，能使其输出值保持不变。图3．2(a)所示为简单的采样保持电路。Vref2．5V — K03 一KD4 在这种简单的采样保持电路中，电容C10对采样保持结果的精度有很大的影响，因为电容值过大，其时间常数大，当信号变化频率较高时，电容充放电时间就会加长，这将会影响输出信号对输入信号的跟随特性，在采样的瞬间，电容两端的电压会与输入电压信号有一定的误差；而当处于保持状态时，如果电容的漏电流太大，负载电阻太小，都会引起保持信号电平的变化。为了使采样保持器拥有足够的精度，一般在其输入级和输出级都连接缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。在电容的选择时，使其选择容量大小适宜，以保证其时间常数适中。
   3．2．2保护电路设计
   图3．2(b)所示为过压保护电路。它是由两个二极管反向串联起来的，这种方式可以起到双向过压保护电路的作用，当电压(无论是哪个方向的电压)超过二极管的反向电压时，就会把相应的二极管击穿，形成回路，从而把电源给旁路了，不会把过压信号传送到下一元器件，这样就保护了与之相联的电路上的元器件。当电流超过二极管的反向电流时二极管被击穿损坏。在本系统设计中保证0．2．5V的电压信号通过。．
   3．2．3 A／D转换电路设计
   在智能电磁流量计中，经过处理后的外部模拟信号，就必须要通过A／D转换， 变换为数字信号。．电磁流量计转换器测量的信号通常是低速缓慢变化的，采样时间一般在几个到几十个毫秒，通常可以选用低速A／D转换器。但是，考虑到电磁流量计转换器需要的宽测量范围和高的精度，以及在不均匀流量下的集中采样， 这就需要选择尽量高位A／D转换器以满足要求。因而，ADC的选择非常重要。其主要性能指标包括分辨率、转换速度、转换精度等。按照工作原理，ADC主要包括逐次逼近式、并行比较、V／F转换、双积分式和Σ．△几种类型。
   逐次逼近型模数转换器采样速率不高，输入带宽也较低，它的优点是原理简单、便于实现、不存在延迟问题，适用于中速率而分辨率要求较高的场合。并行比较A／D转换器是现今速度的模数转换器，其采样速率在1 GSPS以上，通常称为“闪烁式’’A／D转换器。其优点是转换速度，缺点是分辨率低(一般在10位以下)、功耗大、需要的比较器的数目多、电路复杂、成本高。V／F转换器也即电压／频率式模数转换器，它是把模拟电压信号转换成频率信号的器件，内部电路的积分电容如果漏电流大，将会直接影响转换精度，因此要选择漏电流小的电容。
    双积分型A／D转换器又称为双斜率或多斜率ADC，它是应用比较广泛的一类转换器。由于在输入端口采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是分辨率高(可达到22位甚至更高)、功耗低、成本低；缺点是转换速率低，转换速率在12位时为100～-300SPS。Σ．△型A／D转换器由积分器、比较器、1位．D／A转换器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换为时间脉冲后得到的数字值。对含有比较器的单片机可以使用很少的零件构成Σ．△型AD转换器，而得到比较高的分辨率。虽然所用的单片机MSP430F149具有内置的A／D转换器，但其内置的A／D转换器只能将模拟电压转换成一个12位的数字量，这对于电磁流量计和本设计的要求要来说，其精度和分辨率是达不到要求的，所以综合考虑本系统设计采用的是ADI公司的AD7790，AD7790是一种低功耗16位的Σ．△型A／D转换器，它包括由缓冲器和增益可编程放大器(PGA)组成的前端模拟调节电路、Σ-△调制器、可编程数字滤波器等部件。可以直接将传感器测量到的微小信号进行A／D转换， 同时还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，非常适合应用在仪表测量、工业控制等领域。主要特点包括： 全差分输入通道的ADC、内部震荡时钟、可编程增益、可编程输出数据更新率及自校准和系统校准功能；同时还具备三线串行接口且与DSP相互兼容，与CPU 的接口电路十分简单。黼9Q
    AD7790的串行数据接口包括5个信号，其中片选输入CS、数据输入DIN、转换数据输出NDOUT、串行时钟输入SCLK，分别与单片机的P3．0121、P3．1口、P3．2口、P3．3口相连，用以实现片选信号、为传输数据提供时钟、数据的传输等动作。当片选信号接低时，三线模式就会起作用。系统的测量信号经过滤波等处理后进入ADC的模拟输入AIN+端：模拟输入AIN．端直接接模拟地AGND；同时，还须为ADC提供稳定的2．5V参考电压以及3．3V的电源电压。A／D基准电压的精度和稳定性是保证A／D转换精度的重要条件，在这里的3．3V基准电源由外部电路单独提供，与数字部分采用的3．3V电源分开了。具体实现如图3．3上述设计的AD转换电路能够实现16位精度的模数转换工作，完成了数字逻辑控制板中将模拟信号处理板处理过的模拟信号数字化的设计要求。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：