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[参考译文] INA125:INA125噪声故障排除

Guru**** 1133420 points
Other Parts Discussed in Thread: INA125, LM4030, OPA189, INA333, OPA333, XTR106, REF3312, OPA187, INA118, INA818
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/1040354/ina125-troubleshooting-noise-from-ina125

器件型号:INA125
主题中讨论的其他器件: LM4030INA333OPA333XTR106REF3312OPA187、INA118INA818

你好--

我使用350欧姆应变仪来估算悬臂横梁上施加的负载。  我已开始使用 INA125P 在试验电路板上对该电路进行原型设计、并获得了合适的结果。  但是、当使用 INA125U (以及惠斯通电桥中0.01% 350欧姆电阻器)在适当的 PCB 上运行时、我会在输出端产生很大的噪声。

我注意到的一点是、2.5V 基准在 INA125U 上的噪声比 INA125P-大约为230mVPP 与20mvPP (在示波器上测量)高出很多。  

以下是我的原型和"最终"设置之间的区别:

参数 原型 "最终"
电源 24V 直流墙面瓦特 5V 直流整流输出
电桥电阻器 1%绕线350欧姆 0.01% 350 Ω SMT
放大器 INA125P INA125U

两种设计均使用2.5V 电压基准、并在单电源模式下运行。  下面是我的原理图:

您能否就我从基准输出中得到如此多噪声的原因提出建议?  您是否看到我的原理图有任何问题?  您是否会为此应用推荐不同的放大器?

谢谢!

桑德海普

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    您好、Sandheep、

    我注意到的一点是、2.5V 基准在 INA125U 上的噪声比 INA125P-大约为230mVPP 与20mvPP (在示波器上测量)高出很多。  

    我怀疑您选择  的换能器会使 INA125U 的2.5V 基准过载。 来自 INA125U 的2.5V 输出电流为:2.5V/(700Ω μ 700Ω μ A)= 7.143mA。 器 件 Vref 输出电流的额定值仅高达5mA (如果您想使用2.5Vref 电压、1000Ω 类型的传感器将更适合 INA125器件)。  

    基准电压噪声太高。 让我们假设数据表中最坏的75ppm/mA 情况。 当负载电流为5mA 且为2.5Vref 时、最坏情况下的值应为375ppm 或2.5V*375ppm = 937.5uV 或< 1mV。 对于2.5V 基准电压、测得的数字似乎非常高。 20mVpp 时、2.5Vref 负载调节为10mV/2.5 * 100 = 0.4%、230mVpp 的负载稳压器约为4.6%。  

    当没有负载或轻负载时、2.5VDC 的 Vref 应是恒定的、而不会产生大纹波电压。  

    另请检查整流后的5Vdc 电压纹波或 V+输入或引脚1处的5Vdc 电压纹波。 如果5Vref 电压稳定、请将其连接到惠斯通电桥中的应变仪、并观察 INA125U 的 Vout。   

    我没有应变仪的灵敏度(mV/V)图。 电路增益配置为604V/V 封装是 INA125的一个示例、因为我不是您的传感器配置。 请确保这些参数在整个应用范围内有效。 。  

    e2e.ti.com/.../INA125-Bridge_5F00_Amp-09292021.TSC

    您是否会为此应用推荐不同的放大器?

    请告诉我您的应用和要求。 是测量重量还是测量其他应用? 如果您必须使用350Ω 型传感器、那么我们必须降低2.5Vref 中的电流负载或找到不同的仪表放大器。  

    最棒的

    Raymond

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    Raymond——谢谢你们的回应!  我想我昨天在连接和不连接应变仪的情况下进行了测试-并且看到了类似的噪声。  so...it 似乎不是 Vref 过载的情况(但我将在今天下午再次检查)。

    应力计不用于直接应变测量、而是用于间接测量力。  线性应变仪安装在悬臂梁的侧面(尽可能远离中性轴)。  我正在执行两点校准(校准重量悬挂在光束上以及空载)、以便我可以内插(并外推)施加到光束的负载。  我可以使用1000欧姆的应变仪。  我可以将电路重新配置为使用 V 形2半桥应变仪。  因此、我通常很灵活...但我想看看是否可以提高(或至少复制)我的粗心但完全可以接受的原型的性能。  这是否为您提供了足够的信息来推荐替代放大器?

    谢谢、Raymond!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    我明白了。 请检查+5V 电源电压轨中的纹波电压。 INA125U 具有额定电压为120dB 的 PSRR。 在标称负载或使用条件下、其基准电压不应出现高纹波电压(120dB 相当于1uV/V 的噪声抑制比)。  

    请确保 PCB 也很干净、并且电路板没有可能 耦合有害噪声的寄生路径。  在 LDO 和耦合电容器之后使用低 ESR 电容器。  

    如果不确定、请向我发送+5V 电源和2.5V 基准电压的示波器截图。

    最棒的

    Raymond  

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    雷蒙德-

    好的...进行了一些故障排除。  我认为我的5V 电源具有太多的噪声(规格是100mV 纹波)。  下面是我得出这一结论的方法:

    通道1:PCB1 Vref2.5

    CH2:原型 Vref2.5

    通道3:PCB2 Vref2.5

    CH4:PCB2 5V 电源

    如您在通道3/4中所见、Vref2.5高度依赖于5V 电源。

    通道1:PCB1 Vref2.5

    CH2:PCB1 5V 电源

    通道3:PCB2 Vref2.5

    CH4:PCB2 5V 电源

    同样、我的两个 PCB 都显示 Vref 的噪声取决于5V 电源噪声。

    CH1:原型24VDC 电源(壁式)

    CH2:原型 Vref2.5

    通道3:PCB2 Vref2.5

    CH4:PCB2 5V 电源

    通过使用更清洁的电源(所有电源的壁式设计)、Vref2.5的噪声得以改善。

    CH1:PCB1 5V 电源

    通道2:PCB1 Vref2.5

    CH3:PCB1应变仪输出

    这是由台式5V 电源供电的 PCB、我认为噪声是可以容忍的。

    CH1:PCB1 5V 电源

    通道2:PCB1 Vref2.5

    CH3:PCB1应变仪输出

    这是由原始应用的5V 电源供电的 PCB (具有100mV 规格纹波)-东西再次变得有点吵。

    因此、我将在明天使用更干净的5V 电源重新运行一些测试、以查看输出信号噪声是否有所改善。  您能就以下事项提出建议:

    • 如果使用更干净的5V 电源时情况有所改善、那么我需要重新设计 PCB。  您对此应用的低噪声稳压器有什么建议吗?  我的 PCB 同时提供5V 和24V 电压。
    • 由于我必须重新设计 PCB、您是否会推荐另一个放大器而不是 INA125?

    谢谢、Raymond!

    桑德海普

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    您好 、Sandheep、

    您对此应用的低噪声稳压器有什么建议吗?  我的 PCB 同时提供5V 和24V 电压。

    如果您的5Vdc 和24Vdc 电源直接从壁式适配器连接、则需要在"稳压"电压之后放置一些滤波器、这些电压包含大纹波电压和高频噪声。 您可以在24Vdc 稳压器之后直接生成5V LDO、其中5Vdc 的纹波和高频噪声可能会被 LDO 进一步衰减   

     您可以将 TPS7A20 LDO 置于现有的5V 直流电源之后、它可以调节和衰减现有的5V 直流电源、具有更低的纹波并消除高频噪声。 我尚未使用该器件、但这只是基于数据表的低压降串联稳压器。  

    从示波器屏幕截图中可以看到、您的5Vdc 源包含各种高频噪声。 您可能需要放置低通滤波器来滤除5Vdc 中不必要的噪声(只要 纹波电压和高频噪声对于您的应用而言较低、则无需精确的5Vdc、5Vdc±5%至20%就足够了)。   

    由于我必须重新设计 PCB、您是否会推荐另一个放大器而不是 INA125?

    INA125仪表放大器(IA)可与1kΩ Ω 类型应变传感器配合使用。 350Ω 型应变仪可加载2.5V 激励基准电压。  

    我们拥有许多高精度低电压 IAS、例如 INA333INA317 等。我们还为各种应用提供了大量高电压精密 IAS (高达36Vdc)可供选择、 请参阅以下链接。  

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/818894/faq-how-do-instrumentation-amplifiers-inas-fit-into-my-design/3031609?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=%5BFAQ%5D%20tamara#3031609

    INA125是一款集成 IA、它包含可选激励基准电压。   INA333 INA317 和许多其他 IA 不附带内置基准电压。 但是、您可以选择已知的电压基准电压、例如 REF5025、 REF3025 或 REF6025、将其连接到配置中的运算放大器缓冲器、并将运算放大器缓冲器用作您的应用的精密激励电压和电流源。 如果您需要电路中的助手、我可以代表您进行仿真。  

    如果您能够为我提供应变仪工作范围的电阻(R 减小压缩、R 增加张力)。 我可以仿真应变仪电路。 上述基准电压基于2.5VDC。 我认为您可能希望将应变仪的激励电压从2.5V 提高到5V、甚至更高、这将增加差分响应、并对感应应用中的负载变化更加敏感。 请检查供应商提供的应变仪工作建议。  

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond  

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    雷蒙德-

    再次感谢您的回答。  我使用更干净的电源电压运行电路、输出比预期的要干净得多、因此问题得以解决。

    但是、我想改善输出信号的变化。 遗憾的是、看起来我会一直使用350欧姆的应变仪、因此我认为我的主要选择是增加增益并增加通过电桥的电压。  我的计算器显示应变仪可承受15V 电压通过电桥(这应导致变化增加6倍)。  350欧姆电桥的总电阻为350欧姆、因此电流消耗为44mA。  您是否有15V、50mA+电压基准+运算放大器缓冲器的参考设计?  我的 DAQ 需要0-5V 信号、因此我需要将仪表放大器的输出偏置为2.5V (但如果我错了、请纠正我的问题、我可以使用标准电压基准、例如 LM4030、对吧?)。  

    此外、对于输入范围高达24V 的5V LDO、您还有什么建议吗?

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    您是否有15V、50mA+电压基准+运算放大器缓冲器的参考设计?   

    根据您的要求、我选择了 LM4030-4.096基准电压。 在基准电压为12.2935Vdc 时、350Ω Ω 惠斯通电桥的输出电流将约为35mA。 我在  3V/V 时为 OPA189配置了增益、请参阅下面的原理图。  

    e2e.ti.com/.../OPA189-Vref-10012021.TSC

    350Ω、350Ω 您将激励电压从2.5V 增加到12.2935V、电流通过每个 k Ω 会随着每个电阻器在大约0.11W 或(Δ V*(12.2935V/μ s) 700Ω^2时的功率耗散而增加。 如果您能够将惠斯通电桥电路安装在导热金属上、则这些电阻器的温度变化将同步。  

    我的 DAQ 需要0-5V 信号、因此我需要将仪表放大器的输出偏置为2.5V (但如果我错了、请纠正我的问题、我可以使用标准电压基准、例如 LM4030、对吧?)。

    让我知道您将使用哪种仪表放大器。 如果您需要仪表放大器的2.5V 基准电压、我们可以确定它。 理想情况下、您希望为 ADC 使用低电压 IA 或高达5.5Vdc IA。  

    IA 中的 VREF 节点为低阻抗、在特性中需要基准电压作为拉电流和灌电流。 我相信 LM4030只能提供电流、因此您无法将其用于应用。 我们的一些基准电压 IC 能够拉电流或灌电流、然后您就可以使用它(例如 REFXXXX 系列)。  

    在 INA333的数据表中的图33中、您将能够找到此基准电路。 您不必使用原理图中所示的电流源。 您可以使用 LM4030-2.5基准电压并配置运算放大器来驱动 IA 的 Vref 节点、其中 OPA333运算放大器缓冲器的输出配置为低阻抗节点、并且能够在其输出端灌入或拉电流。   

    对于输入范围高达24V 的5V LDO、您有什么建议吗?

    下面是有关固定5V 直流 LDO 的搜索链接。 我不支持这些产品。 如果您想获得建议、我将通过我们的直流/直流或 LDO 支持团队提交申请。  

    要从24V 直流降至5V 直流、您需要考虑 LDO 或线性稳压器中的热耗散。  LDO 的输出到输入之间有19V 的压降。 如果 LDO 的工作电流很高(例如19V*100mA = 1.9W)、则需要注意转换器中的热耗散(LDO 或线性稳压器中的电压转换效率较低)。   

    https://www.ti.com/power-management/linear-regulators-ldo/products.html?keyMatch=5V%20PRECISION%20LDO#p238min=0;24&p238max=24;48&p451max=0.5;0.75&p182=Fixed%20Output&p1154=5;5&sort=p634min;desc

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond

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    您好、Sandheep、

    我将关闭此查询。 如果您有其他问题、您仍可以重新打开此主题。  

    最棒的

    Raymond

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    雷蒙德-

    很抱歉,答复延迟--我的客户仍在等待有关他们希望如何处理的指导。  感谢您在故障排除和设计方面的帮助-非常感谢。

    桑德海普

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    你好,Raymond --

    我现在回到这个问题上、再次遇到 INA125问题。  这一次、我将对电桥使用外部激励(15V)、并已清理了5V 电源。  我仍在使用2.5V 基准将基准偏置到输出的中间。  下面是我的原理图(请注意、51欧姆 Rg 已替换为10k POT):

    我遇到的问题是输出(10/110信号卡在4+V 范围内。  应变仪上无负载(DMM 测量的电桥差分电压为0V)、我获得4.418-4.427V 输出(相对于接地)、其 Rg 范围分别为0至10k。  加载 DUT 不会改变输出、但我能够使用 DMM 测量高达6mV 的桥式差分电压。  

    我已完成的故障排除:

    • 我一直在上下运行高度计-输出变化只有几 mV。  
    • 将电桥输入反向连接到 INA125 (例如交换的引脚6/7)-输出无变化。
    • 更改了 INA125芯片
    • 已确认所有引脚/位置的预期电压:
      • 1/2:5.1V
      • 3:0V
      • 4/5/14:2.493V
      • 6:7.5V
      • 7:7.5V
      • 8:4.139V
      • 9:4.139V (Rg=0)至4.234 (Rg=10k)
      • 10/11:4.427V
      • 12:0V
      • 13:1.23V
      • 15:2.482V (由于 V+仅为5.1V、因此削波失真)
      • 16:2.462V (由于 V+仅为5.1V、因此削波失真)

    还有其他关于这里发生什么错误的想法吗?


    谢谢!

    桑德海普

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    啊,对不起,我想它-- Vin+和 Vin-需要小于 V+。  立即开始工作、谢谢!

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    您好 、Sandheep、

    很棒!

    如果您有其他问题、请告知我们。  

    我将关闭此查询。 如果您有其他问题、您可以重新打开此主题或通过 E2E 论坛创建新主题。

    最棒的

    Raymond

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    你好,Raymond --

    距离这里越来越近。  在零负载条件下、我的测试应变仪设置具有大约7mV 的差分输出。  浏览论坛(例如 、本文)和 XTR106数据表、我发现实现电桥"零"或平衡的最佳方法是使用类似这样的电路(来自 XTR106数据表):

    其中 R1 = Vbridge * Rbridge /(4 * Vtrim)且 R2<=R1。  一些问题:

    1. R2打草机的公差是否重要?  
    2. 合理的温度系数是多少?
    3. 您能否确认上面的方程式正确吗?  具体而言、Vbridge 是桥上的电压、是吗?
    4. 我使用的是3线应变仪(以抵消引线电阻的影响)。  您能否在下面的原理图中建议 R7的另一根导线连接在何处?  A 点还是 B 点?  或者、此桥平衡方案是否甚至与3线应变仪兼容?

    像往常一样感谢您、Raymond!

    桑德海普

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    雷蒙德-

    此外、FYI...INA125输出将馈入0-10V DAQ 输入、因此我使用引脚15 (Vref5)将输出集中在5V。  我将调节增益、以确保最小/最大信号处于0-15V 的余量范围内。  您是否看到此方法有任何问题?


    谢谢!

    桑德海普

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    雷蒙德-

    抱歉--还有一个问题。  我对连接到 A 点的 R1 (在原理图中为 R7)进行了原型设计-这似乎在平衡电桥方面工作良好。  但是、输出似乎漂移-并且不稳定:

    时间 输出电压
    19:16 5.0015.
    21:43 5.044.
    11:05 5.064

    我的原理图中的 R5和 R8都是10K 0.5W 25圈金属陶瓷微调电容器(Bourns PV36W103C01B00)。  这些电位计的温度系数为+/-100ppm/C、因此我至少可以用温度系数较低的固定电阻器替换 R8 (增益电阻器)。  但是、让电路/监测计稳定2小时后、它仍在上升、因此我不确定这是否是唯一的问题。

    还有其他漂移源自何处的想法吗?

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    让我们在星期一返回您的其余问题。  

    在零负载条件下、我的测试应变仪设置具有大约7mV 的差分输出。  

    您的增益为4 + 60kΩ μ 51Ω= 1180.47V/V 当 Vos 为50uV (RTI -参考输入)时、输出电压(RTO)将为50uV*1180.47 = 60mV (这可能不是您的电流增益设置)

    总之、INA125具有 Vos。 您知道吗?7mV 是由应变仪的不平衡电桥或 INA125的 Vos 导致的?

    您的应变仪感应应用是什么?

    如果应用用于重量或平衡测量、您可以在输出端将7mV 归零。 在平衡中、皮重 或 平衡上的键用于特定用途。 一旦 Vos 被移除、剩余的输出信号将与输入权重成线性比例。  

    最棒的

    Raymond  

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    雷蒙德——的确——周六,请休息一下!  (但感谢您的快速响应)

    我对7mV 的评论不清楚-如果我用 DMM 测量电桥上的差异、我得到大约7mV (可能是-7mV)。  7mV 是 INA125的输入信号。  当我到达办公室时、我将测量增益电位器、但我认为增益大约为1000 (我可能可以使用稍小的增益)、因此初始输出为~7V 时、很难对输出进行零/皮重。  

    星期一来到这里时、您能不能建议您如何判断7mV 是由不平衡电桥还是初始输入失调电压引起的?  

    供参考...漂移进一步增大:

    时间 输出电压
    周五19:16 5.0015.
    周五21:43 5.044.
    周五11:05 5.064
    周六9:42 5.146.

    今天、我将用一个固定的、高精度、低 tempco (如果我可以找到一个)电阻器替换增益电位器来进行故障排除、然后我将监控引脚1、5和10/11上的电压、以查看我是否能够找出漂移源极。

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、  

    R2打草机的公差是否重要? 合理的温度系数是多少? 您能否确认上面的方程式正确吗?  具体而言、Vbridge 是桥上的电压、是吗?

    如果 R2是电位计、则容差不重要、但刮水器的分辨率很重要。 如 Kai 的图所示、电位计中点附近将是最佳位置。  

    很难说出温度系数是多少。 如果 R2的温度系数接近应变仪的温度系数、则最好将电阻变化与温度一起跟踪。  

    在下图中、零点或0.00mV 表示应变仪的平衡。 您也可以在温度范围内检查惠斯通平衡。   

    还有其他漂移源自何处的想法吗?

    根据您的规格,增益= 1000,Vref = 5V,15Vdc 的单电源电压:

    漂移可能来自三个位置。  

    应变仪产生的漂移或噪声。 如果电桥已平衡、并且您使用电池或低噪声电源运行、则在 这种情况 下漂移的原因可能很低(在低噪声环境中运行)。  

    2.5V 基准电压。 请确保5V 基准电压能够拉 电流和灌电流、如下面的电路所示。 5Vref 需要与低阻抗节点保持稳定、并且必须能够拉电流和灌电流、例如运算放大器输出。 您可以使用基准电压 IC 的拉电流和灌电流、但 OPA333配置也很好、并且成本较低。 您不必像图33所示那样使用电流源。 例如、您可以在 OPA333或其他运算放大器配置中使用 REF3312或类似的温度相关电压基准。   

    第三种可能是 INA125器件中的电压偏移。 由于 GAIN=1000、一个小输入变化有可能导致 INA125输出上的大变化。 假设 Vout = 5.146V、等于 Vout = GAIN*(Vin+- Vin-)+ Vref。 INA120U 的 Vos 高达 ±250uV (RTI 或参考输入),如果增益=1000,Vout 可能会看到高达 ±250uV*1000 = 0.25V (RTO,参考输出)的失调电压,其中 Vout 将测量 Vout = Vref + 0.25V= 5.25V (最坏情况)。 这种固定偏移可以轻松地从应用中移除或置零。  INA125还存在其他温度漂移、但漂移相当低。  

    我假设您的漂移测量是在室温下测量的。 如果是这种情况、我会随着时间的推移监控5Vref 电压、并确保其稳定。 INA125的 Vos 是可能的、但不应随着数据的显示而显著漂移。  

    我将在单独的回复中回答您的其余问题。  

    最棒的

    Raymond

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    您好、Sandheep、  

    您能否在下面的原理图中建议 R7的另一根导线连接在何处?  A 点还是 B 点?  

    假设350Ω Ω 电阻器匹配;理论上、应变仪的标称电阻应为 350Ω Ω。 请尝试此操作。  

    R7是连接点 E

    2.导联 C 和导联 D (E 点到引脚7) 的长度和线规是相同的

    3.匹配 R3 (E 点到 R3)和 R2布局以及导线长度。   

    5.从 E 点到 A 点到针脚7的应变仪应与导联 C 相同,如第2行所示。   

    如果这样做、您可能需要平衡应变仪(我不想在商用产品中使用电位计、因为它会随着时间的推移而变化、但它也具有它的优势)。  

    以下是惠斯通电桥平衡情况下的图像:

    我感觉 INA125的增益过高。 您的应变仪应具有电阻规格和  X  mV/V 的灵敏度、  重量传感器会在  每伏特标称(额定)重量下产生 X mV 的输出信号。 对于15V 激励电压、应变仪的输入应生成15V*(X mV/V)或最大15*X mV 应用中每个满重量刻度的力。 请确保您的增益1000适用于您的应变仪规格。  

    通常、您只需要做一件事:增加电路增益或增加激励电压。 我不确定您的电路需要同时执行这两项操作。 如果您不确定、请向我发送应变仪器件型号、我将为您模拟线性关系。  

    注意:应力计的电阻值会减小压缩力(例如)重量。 拉伸力将增加应变仪的电阻。   

    请查看 INA125仿真中包含的内容。   

    e2e.ti.com/.../INA125-Strain-Gauge-11152021.TSC

    另请验证惠斯通的15V 激励电压在温度和时间范围内是否稳定。  

    最棒的

    Raymond

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    雷蒙德-

    感谢您的回答。  注意事项:

    • 我的 VPN 在周末出现故障、因此我实际上无法监控电压(Vref5和 Vout)、但 Vref 看起来稳定在4.993V。  VOUT 从5.007V 漂移至5.031V、我认为它已稳定。  我将再给它12个小时的监控时间、我们将看到。
    • 系统由24V 电源供电、我使用精密稳压器为放大器电路获取低至15V 的电压。  因此电池电压下降没有问题。  15V 超出我的 DAQ 模拟输入范围、但我将使用分压器并间接监控15V。
    • 5V 基准电压直接来自 INA125、我之前提到过 INA125是超稳定(且噪声较低)的基准电压。
    • 我将看到我是否也可以监控环境温度。
    • 虽然我使用的是应变仪、但我的目标并不是实际测量应变。  我有一些形状奇怪的设备、对其施加了负载。  设备无法安装称重传感器、因此我在设备上安装了应变仪、该应变仪将会产生最大的应变。  然后、我将执行两点"校准"(一个无负载、一个已知负载)以确定施加到设备的负载。  这种方法运行良好-我能够解析低至20gf 的负载、但漂移正在降低结果。  
    • 我不清楚3线应变仪是如何连接到电桥的。  请参阅下面的更新图。  因此、我无法将 R7附加到您绘图中的 E 点。

    所以,祝我在这种漂移中好运,希望明天一切都将顺利。

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    5V 基准电压直接来自 INA125、我之前提到过 INA125是超稳定(且噪声较低)的基准电压。

    是的、问题是 Vref5端口仅用于提供电流、但需要 IAREF 或引脚5节点才能提供和灌入电流。 如果应用需要具有快速稳定时间、那么您可能需要缓冲运算放大器、例如 OPA187、一个零漂移运算放大器、它将非常稳定、请参阅下面捕获的图像。  

     然后、我将执行两点"校准"(一个无负载、一个已知负载)以确定施加到设备的负载。  

    这是保证所采集数据质量的最低要求。 没有负载点校准可以消除 INA125的 Vos;满负载将验证已知的负载校准。 应变仪应在两个点之间呈线性运行。  

    我不清楚3线应变仪是如何连接到电桥的。  请参阅下面的更新图。  因此、我无法将 R7附加到您绘图中的 E 点。

    如果您想在以下原理图中配置应变仪、也可以。  

    您需要确保以下电阻与右侧的 R2/R3的比率相同、= 1

    在惠斯通电桥的左侧、R_L1 + R_G = R_L2 + R4、其中 R_L1 = R_L2、采用线长和量规线。 如果惠斯通电桥已平衡、( R_L1 + R_G)/( R_L2 + R4)=1。  

    R_L3引线对于惠斯通电桥平衡不起作用、但我将确保两个绿色标记框之间的引线具有相同的电阻、这将消除进入 INA125输入的差分模式信号。  

     

    如果应变仪的工作环境有噪声、您可以考虑在 INA125之前实施差分和共模滤波器。 在进行仿真时、差分和共模 LPF 配置为大约800Hz。  

    注意:如果实施了差分模式滤波器、则两个绿色标记框中的匹配引线电阻不再重要。 几欧姆除以10kΩ Ω 会产生非常小的误差。  

    e2e.ti.com/.../INA125-Strain-Gauge-11162021.TSC

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond

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    雷蒙德-

    我认为漂移与温度相关:

    请注意、电压和温度被标准化为各自的平均值。  我的电路有些封闭(以减少循环空气的影响)、但交流/加热器必须在数据#1750附近启动。  您可以看到 Vsupply 和 Vref 稳定且噪声极低。  输出电压和温度变化量大。  让我们看看它们之间的关系:

    因此...我将执行以下操作:

    1. 使用具有我可以找到的最低温度系数的增益和零电阻器。
    2. 将这些电阻器放置在远离电桥电阻器的位置(看起来会产生一些热量)
    3. 将电桥电压从15V 降低到10V、以将产生的热量降低~45%
    4. 使用热像仪来识别其他热组件-并使增益和零电阻器远离

    如果您有任何其他建议、请告诉我。

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    是的、您的电阻器可能存在自热问题。 700Ω 15V/μ s = 0.02143A 或21.43mA、350Ω μ A 上的热耗散 为0.161W。 ((0.02143^2)*350),这是一个用于薄膜或层压式应变仪的批次。  

    激励电压为10V 时、应变仪和电阻器的功耗约为0.071W。

    您可以将 INA125的输入短路、并查看 INA125的电路是否在时间和温度范围内保持稳定。 如果确实如此、则问题可能出在传感器的前端  

    请告诉我最新的结果、我希望您能够解决漂移问题。  

    最棒的

    Raymond

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    雷蒙德-

    我使用的应变仪是微测量(VPG) MMF404148 (似乎也称为 C4A-13-235SL-350-39P)。  根据 VPG 应用手册的建议、15V 在可耐受范围内、尤其是因为应变仪安装在热质量合适的铝组件上。

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    好的、我看到、如果传感器粘在感应物体的表面、那么它不应该有发热问题。 如您所示、350Ω Ω 平衡电阻器应具有低温度系数、以便惠斯通电桥在时间和温度范围内保持平衡。   

    随附的是 VPG 技术手册、其中介绍了350Ω 与1000Ω 换能器的优缺点、请参阅文章第8页中的测量仪表电阻。  

    http://www.vishaypg.com/docs/11055/tn505.pdf

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond

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    雷蒙德-

    是的、我本来希望使用1000欧姆的传感器、但 DUT 的尺寸/形状显著限制了我的选择。  我一直在运行测试、以确定电路中的哪个元件导致了这种基于负温度的漂移。  DUT/监测计组合、归零电阻器(R7)显示 Vout 随温度升高、因此这些不是问题。  

    随着温度的升高、增益电阻器对 Vout 具有负面影响、但它具有±5ppm/°C 温度系数、因此我看不出它如何导致 Vout 出现这种变化(假设增加5摄氏度、这将是电阻从100欧姆变为100.0025欧姆、 或者增益从604变为603.985 (0.0025%)-这不能解释我在相同的温度差范围内看到的~15mV 摆幅。

    那么...我的问题是:为了了解温度敏感度、我应该查看 INA125上的哪些参数?  

    谢谢!

    桑德海普

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    雷蒙德-

    我想知道 INA125的偏移漂移是否是这里的问题...但我不确定。  规格表显示最大值为2uV/C、增益为604时、该值为1.2mV/C、但我最近的测量结果始终如一地显示为3.6mV/C  

    为了确认您之前所说的内容、我可以通过短接引脚6和7来测量输入漂移、看看 Vout 作为温度的函数是什么样子、对吧?

    此外、如果这里确实存在偏移漂移问题、那么我需要找到一个新的放大器。  TI/Burr-Brown 选择指南将 INA118展示为一个很好的选择- Vsupply 将适应我已经拥有的15V 电压、低 Vos、低偏移漂移、低噪声。  我将把它与您的12V 电桥电压电路以及用于 Vref 的 LM4030-5和运算放大器耦合。  关于归零、我想我将坚持使用 Kai 的零调整电路。

    实际上,INA818似乎取代了 INA118 --有任何问题或想法吗?

    谢谢!

    桑德海普

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    您好、Sandheep、

    将是从100欧姆到100.0025欧姆的电阻变化、或从604到603.985 (0.0025%)的增益变化-这不能解释我在相同的温度差范围内看到的~15mV 摆幅。

    其中 100欧姆 位于电路内。 然后、我可以模拟并识别问题。  

    应变仪的放置非常重要。 这决定了差分输入信号是正还是负、其中 Δ ΔV 差分输入= Vin+- Vin-引脚。 根据 您的设置、总传递函数为 Vout = GAIN*(Vin+- Vin-)+ Vref、其中 GAIN = 604V/V 且 Vref = 5.00V。  

    如果 (Vin+- Vin-)> 0mV、则输出将随着(Vin+- Vin-)差分信号的增加而增加。 否则、   如果(Vin+- Vin-)差分信号降低、如果 (Vin+- Vin-)< 0mV、Vout 将减小。

    604的增益不应随温度的变化而显著变化。 如您所示、它在输出端的变化量为25ppm 或0.0025%。 但我不知道100欧姆电阻在电路中的位置。 您的应变仪的电阻为350欧姆。  

    为了确认您之前所说的内容、我可以通过短接引脚6和7来测量输入漂移、看看 Vout 作为温度的函数是什么样子、对吧?

    没错。 我想将~15mV 的问题与 INA125或您的输入级分开。 如果我知道这一点、我可以更有效地进行故障排除。 请描述问题、并告诉我_15mV 的来源。 是的、INA125将具有较小的偏移电压、但它在时间和温度范围内接近于恒定、您可以在执行空载校准时将其归零。

    如果您不确定、请向我发送示波器照片、这将会很有帮助。  

    最棒的

    Raymond  

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    雷蒙德-

    最后、我确定了-4至-6mV/°C 放大器输出漂移的主要来源-它是(#$%&)应变仪本身。  尽管选择的应变仪的 CTE 与 DUT (铝)匹配、但应变仪与 DUT 的 CTE 之间必须存在如此微小的差异、从而导致测量的热漂移。  应变仪的 CTE 为13ppm/°F、但铝的变化范围为10.6至13.9ppm/°F (尽管 DUT 中的合金很可能具有13.1ppm/°F 的 CTE)。  我尚未计算出 CTE 不匹配在理论上是否可能导致该问题、但我的经验测试表明、CTE 不匹配很强。

    仅供参考(并为具有类似问题的其他人的利益)、以下是我为诊断问题而进行的更具结论性的测试:

    1. 我短接了 INA125上的输入、这会产生-0.2mV/°C 的漂移  这清除 了故障器列表中的 INA125和增益电阻器(0.01%、5ppm/°C)。
    2. 我交换了一个精密的低温度系数电阻器来代替应变仪。  这产生了+1.8mv/°C 的温度漂移  这会导致电桥电阻器(0.01%、2ppm/°C)、Kai 的零电路(10ppm/°C 微调器加上0.01%、2ppm/°C 电阻器)和辅助应变仪(也是0.01%、2ppm/°C)成为潜在的罪魁祸首。
    3. 请注意、15V 稳压器(也用于电桥电压源)和 Vref5 (来自 INA125)没有任何可察觉的漂移。  
    4. 我直接测量了惠斯通电桥的电压差(在电桥中使用单个应变仪)。  µV 漂移仅为-13.2 μ V/°C、但如果乘以放大器的增益(604、与放大器输出漂移进行比较)、则漂移为-8.0mV/°C  将其与电子器件其余部分的漂移(1.8mV/°C)相结合、使我能够在整个系统中看到的原4-6 mV/°C 漂移的振荡器中发挥作用。
    5. 我将一个温控加热器绑定到 DUT、该 DUT 将 DUT 的温度保持在±0.1°C 的容差范围内。  这导致了+2.0mV/°C 漂移-与上面#2中的 faux 应变仪实验大致相同。

    由于漂移是相当线性的、我可能会研究温度校正计算、但现在、这个问题的电子部分最终得到解决(木上的爆震)。  我将重新制造 PCB、希望所有这些都能达到预期。

    非常感谢您在整个故障排除过程中提供的帮助!

    桑德海普