低功耗電池供電電磁流量計研究與設計 二十九
電磁流量計的輸入級是由兩個性能完全一樣的運算放大器對稱分布，組成串聯差分前置放大器，這個結構可提供固定的差分增益和單位共模增益，具有很高的輸入電阻，并且由于運算放大器的共模增益、失調及漂移產生的誤差基本抵消了。輸出級是常規的差分放大器，將前級的雙端輸出轉變為單端輸出，抑止了共模信號。MAX4194 的增益G 可通過調解Rg 的阻值設定。
理想情況下，儀用放大器只對IN+和IN-兩個輸入端的差分電壓有響應，當兩個輸
入端電壓相同時，輸出為REF V 。IN+和IN-的輸入電壓在可調電阻上產生相同的電壓和對
應電流G I ，在儀用放大器的具體應用中，必須綜合考察共模輸入電壓、電源電壓、增益、REF引腳電壓和傳感器阻抗等因素。放大器REF 引腳的功能是對輸出電壓進行微調。而對于加在REF 引腳上的微調電壓，會帶來附加阻抗將使共模抑制比降低，所以必須確保有一個較低的電壓源阻抗。電阻的匹配必須非常精確才能獲得可接受的共模抑制比，任一個電阻值存在偏差都將使共模抑制比降低。
外接增益設置電阻是電路設計的關鍵，它的精度及溫度穩定性直接影響放大倍數，這將直接影響放大電路的總體性能，所以必須具有較好的溫度系數和溫度一致性。特別是增益較大時（G≥100），連線及插口的電阻也會對增益帶來附加誤差。也就是說，式中的G R 值應為外接電阻與其它電路結構電阻的總和。由于被測信號中存在較強噪聲干擾，為減少噪聲對測量信號的影響以及使得精密儀用放大器處于線性工作區，放大倍數設計為10，取G R 為5.5K。
在噪聲干擾方面，MAX4194 的內部噪聲很小，當G≥100 時，從0.1Hz 到10Hz 的低頻噪聲大約只有0.6 RMS V 。MAX4194 的內部電路結構都經過激光校正，因此失調和溫漂都很小，對信號的影響也很小，必要時可對電路進行外部補償。在有用流量信號中不可避免會存在共模干擾電壓，若輸入信號中的共模干擾過大，則會使輸入放大器處于飽和狀態，因此儀用放大器的輸入共模電壓范圍要重點考慮。在臨界飽和時，MAX4194的輸出電壓為2 0 V V V OUT CM 。MAX4194 的線性輸入范圍大約從負電源以上0.2V到正電源以下l.1V。
設計中儀用放大器性能的又一重要體現是能有效地抑制共模干擾電壓，即傳感器內測量電極對參考地之間的同相干擾電壓。由于流量信號是感應電動勢，屬于微弱信號，所以要求放大器的共模抑制比就會更高。流量信號經過儀用放大器差動放大，理論上可以完全消除掉共模電壓信號輸出，但是由于電路參數的非對稱性造成了輸出信號還是具有一定的共模干擾。因此，在儀用放大器的設計中，除了選擇對稱性非常好的集成儀用放大器，還需要注意電路中的電阻、電容的對稱精度和溫度系數。一般電阻使用精密電阻，其溫度系數均在20³10-6/℃以內。
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