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[参考译文] INA333:帮助选择用于应变计/称重传感器测量的仪器放大器

Guru**** 2387830 points
Other Parts Discussed in Thread: INA333, INA188
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/1371063/ina333-help-selection-instrument-amp-for-strain-guage-loadcell-measurement

器件型号:INA333
主题中讨论的其他器件: INA188

工具与软件:

   

您好

我正在寻找一些关于如何前进的方向。 我的项目需要对4到6个称重传感器/应变片(带4根导线的小麦石桥:2个激励和2个信号)进行采样、每秒1000到6000个样本的灵敏度为2mV/V。 我们在对 Analog Devices AD7999的同步采样能力进行了多次试验后确定。 我的专业知识是数字方面的、因此到目前为止、我成功地控制和读取了 AD7999评估板、没有问题。 我的问题是、 我们测试的其他 ADC 都具有 PGA 增益比、可以有意义地测量负载单元的6.6mV 差分信号(例如3.3V 的激励电压和设置为128的 PGA 增益)。  

AD7999 PGA 增益仅上升到8倍、这意味着负载单元的最大电压输出 远不接近于 Vref。  

我需要一些关于如何继续的建议。 理想情况下、对于所有 IC 和负载单元激励、我们希望尽可能保持正电源电压、但如果这样做真的会让事情更容易、我们可以对其进行更改、尤其是在适用器件型号方面提供一些指导。  

1. 假设只有正电源电压、哪个仪表放大器最适合 应用必要的增益、然后如何处理电桥的共模电压?

2.在励磁和基准中采用双极电源是否会有显著的优势?  

3.出于兴趣、如果我在非常接近共模电压(即负载单元的空载信号电压)的范围内缩小 Vref+和 Vref-、将会发生什么情况。 例如、假设激励电压为3.3V 和 GND、如果我将 Vref-设为1.6V、将 Vref+设为1.7V、会发生什么情况?

4.我发现这个模块有一个很好的原理图和解释,它采用一个差分传感器,具有很小的电压输出,比如一个负载单元,并把它转换成一个单端输出,有足够的增益和偏置补偿。  https://protosupplies.com/product/ad620-instrumentation-amplifier-module/ 。 有人能建议此设计是否仍然很现代、或者现在是否有尺寸更小的更好解决方案?

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    您好、Riaan:

    下面是您可能感兴趣的几个应用手册。  

    https://www.ti.com/lit/ug/tidub00/tidub00.pdf?ts = 1717600946660&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    https://www.ti.com/lit/ug/slau520a/slau520a.pdf?ts = 1717600777716&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    下面是一个非常接近您所问问题的示例。 我建议将所有增益置于 IA 中、由 ADC 进行信号转换。  

    e2e.ti.com/.../INA333-Strain-Gauge-06052024.TSC

    我们还有很多其他精密 IA 也会执行 INA333。 这取决于您的准确度、工作温度范围和工作环境等。  

    我认为您的策略就是使用低分辨率12位 ADC 并且执行高速采样校正、并且对 ADC 的量子误差取平均值。 这是一种方法。 但您也可能会实施其他方法并获得更好的效果。 由于我没有精度要求、因此我不做评论。 这是重量应用吗? 如果这是您的目标、我们仍然可以通过低成本方法实现高精度。  

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    此致!

    雷蒙德

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    您好 Raymond。 感谢您的回复。  

    我还更希望先使用输入放大器来实现增益。 请注意、AD7999是一个24位差分 ADC。 如果使用 IA、是否需要该差分? 我们的应用实际上是重量传感器。 包含应变仪的负载单元将被放置在一条移动的传送带下方、每秒在该单元上移动大约10件物品。 因此、我们需要采集大量样本(因此具有高采样率)、然后在软件中执行滤波以达到较大的权重值。 因此、早期引入的任何噪声都将与机械噪声结合在一起、因此在理想情况下、我们更倾向于模拟电气部分相对无误差。 我们的目标是在10kg 传感器上精确测量大约0.5g 的重量。 理想情况下、0.1g 可测量。  

    请建议您认为适合 IA 的部件号、理想情况下 每部件少于5美元。 以及您会在励磁和基准方面推荐的选项。

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    您好、Riaan:

    为应用提供了什么电压电源轨? 我知道您具有3.3VDC。 其他电源电压、例如5Vdc、12Vdc 等、情况如何? 传感器的阻抗是多少? 是350Ω、700Ω 还是1kΩ 类型? 如果传送带的振动受到控制、则可以达到0.1G 精度。  

    此致!

    雷蒙德

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    我们的电源都是直流电源。+24V 是我们的主电源。 我们有一个+5V SMPS 和一个+3.3V LDO。 传感器 输入阻抗为410R、输出阻抗为350R。 电桥的电阻器看起来大约为120R。  

    我忘记说了、 在我们的应用中、如果差分的负端有意义、我们就不会对其感兴趣。 安装称重传感器时、只能将负载向下施加到电池上、这意味着电桥的负极信号绝不会高于信号正极。 不确定我的解释是否正确。  

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    您好、Riaan:

    我选择 INA188作为 IA。 您可以在10Vdc、12Vdc、15Vdc 或24Vdc 下工作、但使用 LDO 为器件供电、而不是 SMPS。 您可以使用 SMPS 降低电压、例如14-15Vdc、并使用 LDO 进一步消除纹波电压和开关频率。 请针对应用使用低 ESR MLCC 电容器。  

    假设 ADC 的 FS 为5Vdc、10kg 表示5Vdc。 INA188的增益约为5V/2mV/V = 2500V/V (基于计算)。  

    我假设实际重量可能是10千克的10%、因此 FS 可能约为1千克。 因此、我会选择1kg 范围应变仪、找到在重量测量范围内运行的传感器更好的重量线性度(提高线性度-重量应用中从 Weight_min 提高到 weight_max +一些设计裕度)。 此外、应用可能不需要为 ADC 提供5V FS、3.3V 或更低电压将足以实现 ADC 分辨率、并且精度更高。  

    假设应变仪为350R 型、此处是仿真。 我会为应用使用并优化大于100V/V 的增益。  

    e2e.ti.com/.../INA188-Strain-Gauge-06052024.TSC

    这是上面仿真的 INA188的线性工作范围。 您可以通过下面的链接下载该工具。  

    https://www.ti.com/tool/ANALOG-ENGINEER-CALC

    INA188的模拟前端可实现共模和差模 LPFS。 它可能需要、也可能不需要。 通常、重量测量是静态完成的。 通过移动传送带并同时测量重量、可以在交流环境中进行测量、但复杂性显著增加。  

    这里是有关如何计算 LPFS 的信息。  

    https://www.ti.com/lit/ug/sbou115c/sbou115c.pdf?ts = 17568167049&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FINA826EVM

    我建议在没有任何样品的情况下监测输送带的背景-->这将为您提供皮重或动态校准的皮重(您可以使用已知的参考重量作为参考、以检查系统的准确性)。 一旦通过样品、系统就可以测量重量差异并进行准确的净重量测量。  

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    此致!

    雷蒙德