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[参考译文] INA125:基于轴桥的压力传感器输出显示负载效应

Guru**** 1812430 points
Other Parts Discussed in Thread: INA125, INA826, ADS7142, REF200, TINA-TI
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1081856/ina125-wheatstone-bridge-based-pressure-sensor-output-shows-loading-effect

部件号:INA125
线程中讨论的其他部件: INA826ADS7142REF200TINA-TI

你(们)好

我正在使用下面所示的电路为基于惠斯通桥的压力传感器实施读数电路。

但我们观察到传感器的输出引脚有负载效应,因此当连接到 INA125U IC 时,输出+和输出引脚之间的电压从17mV 下降到3mV。 当断开与 J11 (传感器所连接的连接器)的连接时,在输出+-引脚上观察到17mV。

压力传感器轴桥连接(传感器内部电路)如下所示。

电路中可能存在的问题是什么?我是否需要检查将 J11 (传感器所连接的连接器)连接到 INA125U 输入的路径中的任何阻抗控制?

请建议如何解决此问题。

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    Bivin 您好,

    您是否牢记 INA125的电压参考只能提供大约5mA 的电压?

    INA125引脚5处的参考电压是多少?

    为什么 INA125的输入具有如此高的过滤电容? 这些盖板具有如此高的制造公差和漂移,您将完全破坏 INA125仪表放大器的平衡和对称性。 这将导致交流共模抑制严重降级。 我会删除所有这些封盖,用一些尺寸很好,容差很低的 NP0封盖替换它们。

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    Bivin 您好,

    添加到 Kai 的注释:引脚5或 IAref 引脚必须为低阻抗+源/接收器 Vref 电压,请参阅下面所附的图像。 您可能需要使用运算放大器驱动节点(或参考电压源/吸收器 IC)。 您可以使用分压器并馈入缓冲器来配置 Vref。 分压器和 LDO (仅源类型)将不符合要求。  

    封装为伪 INA125 Tina 模拟。 请查看捕获的图像。  

    e2e.ti.com/.../INA125-Strain-Gauge-03032022.TSC

    如果您想了解如何配置差分和共模 LPFS,请参阅下面的链接和3.2.1节中的 INA826的 EVM。  

    https://www.ti.com/lit/ug/sbou115c/sbou115c.pdf?ts=1646336608533&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FINA826EVM

    如 Kai 所350Ω,激励 Vex = 10V 直流参考必须是单独的电压参考,其中10V/M Ω= 28.6mA (例如)不能由 INA125的参考电压驱动。 除非称重传感器的电阻大于2kΩ 或更高。 您可以使用10V 直流参考电压并配置高输出电流运算放大器缓冲器来驱动惠斯通桥。   

    如果您还有其他问题,请告诉我们。  

    最佳

    雷蒙德

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    您好,

    1.关于 Pin5或 IAref 引脚连接,我们遵循了数据表中提供的单电源操作指南。 在共享电路中,我们提供了一个可选连接,用于连接10V 参考 但如果我们不将此引脚连接到地面,情况会好。 请发表评论。

    此外,INA125的 R184,R185输出在该配置中连接到 ADS7142 ADC。 这是否会在加载过程中产生任何问题。 ADS7142由3.3V 电源供电。

    350Ω。您提到“参考必须是一个单独的电压参考,其中10V /Δ T = 28.6mA (例如)不能由 INA125的参考电压驱动。 除非称重传感器的电阻大于2kΩ 或更高。' 这是否适用于上述单电源操作情况。

    注:目前此电路在卡上实施,我能否在不添加额外运算放大器或电压参考驱动器的情况下解决负载问题?

    此致

    比文

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    Bivin 您好,

    1.关于 Pin5或 IAref 引脚 连接,我们遵循了数据表中提供的单电源操作指南...   但如果我们不将此引脚连接到地面,情况会好。 请发表评论。

    我正在使用单个电源电压轨模拟 INA125。 INA125的引脚5或 IAref 节点必须连接到接地或参考电压。 电压输出传输功能为 Vout =(Vin+- Vin-)*Gain + Vref,其中(Vin+- Vin-)是惠斯通桥传感器的差分输入电压,Vref 是引脚5处的电压。

    如果参考电压连接到 GND,则参考电压= 0V。 模拟情况下,Vref = 1.25V 直流,电压节点必须是低阻抗,并且能够输出/吸收电流。  

    请为我提供  来自(Vin+- Vin-)的最大差分输入电压和用于应变仪应用的 INA125输出范围(我假设它可能用于刻度测量应用)。 假设它是重量测量应用,无重量或负载, VIN+- VIN-= 0mV;在最大重量或负载下, VIN+- VIN-= 21.25mV (例如)。 模拟的增益配置为100V/V 在最大负载条件下,Vout = 100*21.25mV + 1.25V = 3.375V 直流,如模拟所示。  

    在模拟中,我将应变仪 RSG 放在左下方。 如果将其置于 R7的左上方, 则配置中将获得(VIN+- VIN-)=-21.25mV。 如果您反转输入线,则差分输入电压为正极。 如果你感到困惑,我会指出这一点。  

    此外,INA125的 R184,R185输出在该配置中连接到 ADS7142 ADC。 这是否会在加载过程中产生任何问题。 ADS7142由3.3V 电源供电。

    ADS7142 是 SAR ADC,通常它需要用于 SAR ADC 内采样和保持电路的抗盐水过滤和反冲 LPF 滤波器。 在负载方面,它不应该很重要,因为输入 ADC 应该是一个高阻抗节点。 我不太了解 ADC 产品,建议联系我们的 ADC 支持团队寻求帮助。   

    350Ω。您提到“参考必须是一个单独的电压参考,其中10V /Δ T = 28.6mA (例如)不能由 INA125的参考电压驱动。 除非称重传感器的电阻大于2kΩ 或更高。' 这是否适用于上述单电源操作情况。

    注:目前此电路在卡上实施,我能否在不添加额外运算放大器或电压参考驱动器的情况下解决负载问题?

    用于输送轮罩桥传感器或负载的电压源称为激励参考电压。 这是一个高质量,低噪声,温度稳定的 LDO,或者,您可以使用高电流运算放大器来获取激励电压。 激励电压源的输出电压稳定性和噪声级别非常重要,可能会影响您的输出测量。  

    请告诉我惠斯通桥传感器的电阻,我可以告诉你可能需要什么。  

    这是否适用于上述单电源操作情况。  我不确定您的意思是否适用。 激励电压源需要稳定,低噪声和波纹电压。 我不建议将电源切换为参考电压。 精密线性电压调节器或精密运算放大器缓冲电路应该工作良好。  

    您的系统应具有工作温度范围。 因此,激励电压必须能够为整个温度范围提供所需的电流+一些合理的电流边界(通常,我将为给定激励电压的电流要求增加一倍)。   

    请向我提供有关您的设计的其他详细信息,我可以模拟电路以满足您的要求。  

    最佳

    雷蒙德

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    您好,

    请在下面的链接中找到所用传感器的数据表。

    https://www.mouser.in/datasheet/2/18/1/AAS_920_260C_NovaSensor_NPI_15_102815_web_pdf_3fop-1315847.pdf

    https://www.amphenol-sensors.com/en/novasensor/pressure-sensors/3153-novasensor-npi-15-series-high-pressure-sensors

    此处的传感器要求最大1mA,并生成100mV 的 FSO,即 INA125输入的最大输入电压为100mV。

    此外,我不是在测量传感器的瞬态响应,但可能每隔0.25秒读取一次 ADC。

    您提到了“参考电压= 1.25V 直流,电压节点必须是低阻抗并能够输出/吸收电流。”,关于前面共用的电路 I, 这是您所指的电压节点,如果我正在为板做更新布局或布线,应保持相同的阻抗。

    此致,

    比文

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    Bivin 您好,

    是的,如果我知道您 使用的是哪种类型的应用程序和传感器,这会更容易。  

    该传感器设计为以恒定电流驱动。 它具有1mA 恒定电流,可在+OUT 和-OUT 节点生成200mV 差分信号。

    假设我们使用200uA 恒定电流,FSO 将200mV/1mA = 200= x/200uA,其中 x=40mV 将在 +OUT 和-OUT 节点的压力传感器输出处生成(假设它是线性的)。  

    数据表确实指定了额定1.0mA,但我不确定1mA 是最小电流要求还是典型电流。 我猜这是一个典型的。  

     您可以使用我们的 REF200作为电流源,或构建自己的1mA 电流源。 您可以使用 INA125的10Vref 在电压模式下驱动该传感器,每个分支中的10V/8kΩ= 1.25mA (8kΩ|8kΩ),其中总电流为10V/4kΩ= 2.5mA (根据数据表,桥阻抗高达5kΩ Ω)。 INA125的 Vref 能够提供当前要求。  

    我昨天试图弄清楚传感器的电流消耗是多少。 现在很明显,INA125的10Vref 将适用于惠斯通桥。  

    对于10Vref 电压,输入共模电压配置为5V 直流。  

    https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ref200.pdf?ts=1646338290489&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    如果您想以恒定电流驱动传感器,我们可以稍后讨论。  

    此处的传感器要求最大1mA,并生成100mV 的 FSO,即 INA125输入的最大输入电压为100mV。

    假设您的 FSO 为100mV,0-100mV 对应于绝对0-500si (例如,507psi,1015psi 或5076psi,它声称有4个范围)。    

    如果 Vout 仅为3.3V,则最大增益将为3.3/100mV = 33 V/V,您选择了 rg = 2.2kΩ。  

    您提到了“参考电压= 1.25V 直流,电压节点必须是低阻抗并能够输出/吸收电流。”,关于前面共用的电路 I, 这是您所指的电压节点,如果我正在为板做更新布局或布线,应保持相同的阻抗。

    我指的是标有红色矩形框的参考电压,该框当前配置为4.445Vdc。

    顺便说一句,您的输出在 ADC 采样中不在0-3.3VDC 范围内。 我认为,我们需要另一个运算放大器级,以将 INA125的输出电压转换为0-3.3V 范围。 我们可能能够在抗锯齿滤波器阶段完成此电压偏移(这是为了最大化您的 ADC 输入范围)。  

    保持或匹配的阻抗是指压力传感器和 INA125仪表放大器输入之间的电缆长度。  您需要使用低容差电阻和 RG 增益电阻器,而差分 LPF 滤波器和增益电阻器的容差要大于或等于0.1%。 差分电容器 C1应为 NP0/C0G 类型,或者您可以使用 X2Y 电容器。 如果设计考虑了所有这些细节,则 CMRR 抑制应该很好,并将抑制压力感应应用中的大多数常见模式噪声。

      最终确定 IC 的选择和设计可能需要一些小细节。 此外,我们还有许多其他的仪器放大器可用于此应用。 INA125是一款很好的产品,因为该产品包集成了您需要的大部分功能。 我们还有其他性能更高的放大器,其性能可能优于 INA125,具有其他特性,如低偏移,低漂移,高 CMRR,更宽的温度范围等,但您需要添加其他 外围组件。 应用程序有利弊。 如果您有兴趣了解,我们也可以对此进行讨论。   

    如果您还有其他问题,请告诉我。  

    最佳

    雷蒙德

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    您好,

    抱歉,我连接了错误传感器的链接。 我使用的部件是电压补偿部件。

    https://www.mouser.in/datasheet/2/18/1/AAS_920_258C_NovaSensor_NPI_15VC_102815_web_pdf_3f-1389295.pdf

    https://www.amphenol-sensors.com/en/novasensor/pressure-sensors/3149-novasensor-npi-15vc-series-high-pressure-sensors

    我们在电流板上测量了该传感器消耗的电流,它从10V 参考电流中消耗的电流小于1 mA。 但它在输入端还有一个附加的串联电阻器。

    此致

    比文

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    Bivin 您好,

    好的,传感器的桥电阻为5k,可以很容易地由 INA125的10V 参考电压驱动。 你已经建立了正确的连接,通过 INA125产生10V。 但请删除 R189。 R189会对10V 参考电压短路。

    您已决定在单个电源中运行 INA125。 您可以这样做,但请记住,INA125的输出不能一直下降到0V (负电源轨):

    有两种补救方法:

    如果您迫切需要输出电压能够一直降至0伏,您可以尝试通过一个小的负电源电压为 INA125的负极电源电压针脚供电。

    一个更好的选择是将 INA125的输出电压转换为一个可以线性操作的区域,方法是向 INA125的“IAREF”引脚添加偏移电压(在数据表中称为“假接地”),即0.5伏。 INA125随后为零差分输入信号发出0.5V 的输出电压。 而 INA125的所有其他输出信号也会被伪接电势所移动。

    请记住,当桥接器产生负差动输出电压(例如,考虑桥接器产生的负偏移电压)时,INA125的输出电压将低于这一伪接地电位。 因此,如果您必须处理来自网桥的交流输入信号电压或负偏移电压,那么小负电源电压的诀窍将不再存在, 您可能需要选择一个超过0.5V 的伪接地电位,甚至可能位于中间电源。

    如果要添加假接地,请卸下 R190并通过附加 OPAMP 缓冲器的输出直接驱动“IAREF”引脚,类似于数据表的图2。 如果您没有附加的电压参考芯片,则可以通过将精确的电阻分压器从 INA125的10V 参考输出电压连接到信号接地来生成合适的伪接地电位。 驱动具有伪接地电位的电压随动器(附加 OPAMP)的输入,并将该电压随动器的输出连接到 INA125的“IAREF”引脚。 但是,通过此分压器的电流应保持足够小。 流量不应超过500µA μ A,以避免 INA125过载。

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    下面是一些 TINA-TI 模拟:

    e2e.ti.com/.../bivin_5F00_ina125.TSC

    e2e.ti.com/.../bivin_5F00_ina125_5F00_1.TSC