低功耗电池供电电磁流量计研究与设计 二十九

电磁流量计的输入级是由两个性能完全一样的运算放大器对称分布，组成串联差分前置放大器，这个结构可提供固定的差分增益和单位共模增益，具有很高的输入电阻，并且由于运算放大器的共模增益、失调及漂移产生的误差基本抵消了。输出级是常规的差分放大器，将前级的双端输出转变为单端输出，抑止了共模信号。MAX4194 的增益G 可通过调解Rg 的阻值设定。

理想情况下，仪用放大器只对IN+和IN-两个输入端的差分电压有响应，当两个输

入端电压相同时，输出为REF V 。IN+和IN-的输入电压在可调电阻上产生相同的电压和对

应电流G I ，在仪用放大器的具体应用中，必须综合考察共模输入电压、电源电压、增益、REF引脚电压和传感器阻抗等因素。放大器REF 引脚的功能是对输出电压进行微调。而对于加在REF 引脚上的微调电压，会带来附加阻抗将使共模抑制比降低，所以必须确保有一个较低的电压源阻抗。电阻的匹配必须非常精确才能获得可接受的共模抑制比，任一个电阻值存在偏差都将使共模抑制比降低。

外接增益设置电阻是电路设计的关键，它的精度及温度稳定性直接影响放大倍数，这将直接影响放大电路的总体性能，所以必须具有较好的温度系数和温度一致性。特别是增益较大时（G≥100），连线及插口的电阻也会对增益带来附加误差。也就是说，式中的G R 值应为外接电阻与其它电路结构电阻的总和。由于被测信号中存在较强噪声干扰，为减少噪声对测量信号的影响以及使得精密仪用放大器处于线性工作区，放大倍数设计为10，取G R 为5.5K。

在噪声干扰方面，MAX4194 的内部噪声很小，当G≥100 时，从0.1Hz 到10Hz 的低频噪声大约只有0.6 RMS V 。MAX4194 的内部电路结构都经过激光校正，因此失调和温漂都很小，对信号的影响也很小，必要时可对电路进行外部补偿。在有用流量信号中不可避免会存在共模干扰电压，若输入信号中的共模干扰过大，则会使输入放大器处于饱和状态，因此仪用放大器的输入共模电压范围要重点考虑。在临界饱和时，MAX4194的输出电压为2 0 V V V OUT CM   。MAX4194 的线性输入范围大约从负电源以上0.2V到正电源以下l.1V。

设计中仪用放大器性能的又一重要体现是能有效地抑制共模干扰电压，即传感器内测量电极对参考地之间的同相干扰电压。由于流量信号是感应电动势，属于微弱信号，所以要求放大器的共模抑制比就会更高。流量信号经过仪用放大器差动放大，理论上可以完全消除掉共模电压信号输出，但是由于电路参数的非对称性造成了输出信号还是具有一定的共模干扰。因此，在仪用放大器的设计中，除了选择对称性非常好的集成仪用放大器，还需要注意电路中的电阻、电容的对称精度和温度系数。一般电阻使用精密电阻，其温度系数均在20³10-6/℃以内。

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