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传感器信号采集变送电路求教

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楼主
本帖最后由 muzimaye 于 2018-7-31 16:32 编辑

如下为阿尔法传感器O3的信号采集(电流转电压)放大滤波电路,输出为电压WE,目前这个电路在调测应用中有问题,安装上传感器之后,输出的信号和没有安装之前基本上一样,大约在0.005v-0.050v之间。
为了查找问题,先从没有安装传感器开始入手进行测量。在没有接传感器的情况下,按照手册WE的输出应该为0.3v左右,即300mv左右。而实际测量到的一路是0.005v,另外有一路测量到的是0.048v,和手册中电路零点(不安装传感器)相差很大。装上传感器之后,WE输出的值也几乎是这个值,感觉传感器没有工作。

这个电路的第一级是跨阻运放,将传感器的电流转换为电压;在没有安装传感器时,通过Voff提供信号输入,Voff的电压值为2.21v,Vmid Vpot1为2.5v。做了多次测量,未安装传感器时,第一级的输出为2.55v左右,符合分析;在第二级,是一个反相放大加减法电路,目的为了消除参考电压,使输出读数从0v开始,但是输出的值几乎在0v附近,问题就出在这儿。

这几天查资料,第二级反向放大,对第一级的输出(第二级的输入)的是否大于偏置参考电压,也就是双电源供电中正值,是否经过第二级反向放大,就显示不了,所以想确认对上述电路,第一级的输出要求是什么,才能保证第二级正确输出。

对第二级的正向输入,前面虽然复杂,但是可变电阻没有接入(实际给出的参考设计也没有接入),我推算后,等效电路应该为180kΩ+1M,前面的电阻等效为180k,2.5v通过此接入正端。

如果真的是第一级的输出小于2.5v,第二级才能正确输出。

今天又查了资料,对O3/NO2传感器的特性为,传感器提供负电流,也就是漏电流,流入传感器的,对后端的各点点位的影响,想请教一下。
在应用笔记中:Remember that the generated current can be either positive or negative: sensors that oxidise at the working electrode (e.g. CO) generate a current into IC2, while reducing working electrodes (e.g. Cl2 or NO2) sink a current. So for the second case, ensure that IC2 has adequate current sinking capability.  这个里面的IC2,指的是恒压源设计中的运放。对于NO2/O3类还原型传感器,需要恒压源电路提供足够的漏电流能力,这个怎么做。为了完整理解设计指南,我把原文贴过来。

传感器电流转换及放大.PNG (221.79 KB )

采样变送电路

采样变送电路

每一个传感器采样电路的参考电源.PNG (340.5 KB )

采样电路的参考电源

采样电路的参考电源

AAN_105-03.pdf

42.89 KB

设计参考

评论
muzimaye 2018-7-24 18:40 回复TA
期待着有高手关注,有好的思路建议,我好来打赏。 

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沙发
muzimaye|  楼主 | 2018-7-28 17:17 | 只看该作者
求指导。

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板凳
yanwen217| | 2018-7-28 21:21 | 只看该作者
没装传感器下,输出就看Voff电压、Vmid电压和Vpod电压(R29所接电压),图看不清,也没找到后两个是接到了哪里

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地板
muzimaye|  楼主 | 2018-7-29 10:57 | 只看该作者
本帖最后由 muzimaye 于 2018-7-31 16:37 编辑
yanwen217 发表于 2018-7-28 21:21
没装传感器下,输出就看Voff电压、Vmid电压和Vpod电压(R29所接电压),图看不清,也没找到后两个是接到了哪 ...

原来有问题,重新更正:
Voff: 2.21VVmid、Vpot: 2.5v。和参考电源通过0Ω电阻接在一起。

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5
muzimaye|  楼主 | 2018-7-29 10:59 | 只看该作者
muzimaye 发表于 2018-7-29 10:57
Voff、Vmid、Vpot这三种电源都是和参考电压一样,是2.5v。

AV6V是变送模块的电源,目前接的是5V,是5v供电。Vmid、Vce、Vpot都接在了参考电源上。

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6
muzimaye|  楼主 | 2018-7-29 17:52 | 只看该作者
图中的第二级运放,目的是为了消除参考电压,同时为了滤波,一个很大的困惑为什么要采用发向放大。
采用反向放大后,相当于是正端要减负端,正端是参考电源2.5v,而第一级的输出2.55v以上,是大高于2.5v参考电压的,这相当于是一个差分电路,相减之后的值为负,而单电源中,不可能为负,导致输出其实为零。
不知道这样理解是否对? 请高手给分析一下。
期待着高手指点!

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7
muzimaye|  楼主 | 2018-7-30 08:03 | 只看该作者
各位高手,特别是了解熟悉电化学传感器的高手,上述问题困扰了很长时间,有指导解决此问题,我悬赏100金币,期待高手指点。

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8
yanwen217| | 2018-7-30 22:25 | 只看该作者
muzimaye 发表于 2018-7-29 10:57
Voff、Vmid、Vpot这三种电源都是和参考电压一样,是2.5v。

先用2.5V,用虚短虚断的理论计算下输出多少,或者直接用仿真软件看下输出是多少。

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9
muzimaye|  楼主 | 2018-7-30 22:49 | 只看该作者
本帖最后由 muzimaye 于 2018-7-30 22:55 编辑
yanwen217 发表于 2018-7-30 22:25
先用2.5V,用虚短虚断的理论计算下输出多少,或者直接用仿真软件看下输出是多少。 ...

用2.5v,用虚短、虚断计算,在第一级的输入Voff的电压为2.21v,Vout=2.21+(2.5-2.21)/1M*(1M+147K)=2.554;
实际测量值为2.55v,和分析下来基本一致。

主要的问题是,在第二级,第一级的输出进入第二级采用反相放大,是问题的根本。
不知我下面的分析是否对,第二级是差分放大电路,这个电路的目的是为了消除参考电压,将输出范围限制在0-2.5v之间,也就是为了将第一级加入的偏置电压取消掉,但是第二级是反向放大,导致大于2.5v的输入部分,在第二级不能有效输出。不知道我的理解对否。

期望能和高手讨教第二级的电路设计合理性。

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10
yanwen217| | 2018-7-31 10:16 | 只看该作者
muzimaye 发表于 2018-7-30 22:49
用2.5v,用虚短、虚断计算,在第一级的输入Voff的电压为2.21v,Vout=2.21+(2.5-2.21)/1M*(1M+147K)=2.55 ...

不是这样的。
第二级并不是差分放大电路,而是反相输入电路,只是同相端加入了基准电压

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11
muzimaye|  楼主 | 2018-7-31 10:38 | 只看该作者
yanwen217 发表于 2018-7-31 10:16
不是这样的。
第二级并不是差分放大电路,而是反相输入电路,只是同相端加入了基准电压 ...

差分放大电路,和带偏置的发向放大电路有什么区别,分析上有什么不同。

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12
yanwen217| | 2018-7-31 10:58 | 只看该作者
muzimaye 发表于 2018-7-31 10:38
差分放大电路,和带偏置的发向放大电路有什么区别,分析上有什么不同。
...

差分电路,4个电阻是成对的,两个成对电阻严格相等。

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13
muzimaye|  楼主 | 2018-7-31 11:10 | 只看该作者
yanwen217 发表于 2018-7-31 10:58
差分电路,4个电阻是成对的,两个成对电阻严格相等。

是不是只要按照虚短、虚断进行分析都可以,是否必须严格要求4个电阻是成对,而且必须相等?
我对电阻进行了计算,等效为180k接入同向端,并通过1M接地。1M和负反馈电路的电阻值相等,180K则与200K不等。

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14
yanwen217| | 2018-7-31 11:16 | 只看该作者
muzimaye 发表于 2018-7-31 11:10
是不是只要按照虚短、虚断进行分析都可以,是否必须严格要求4个电阻是成对,而且必须相等?
我对电阻进行 ...

不论哪种电路都可以按照虚断虚短来分析

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15
muzimaye|  楼主 | 2018-7-31 12:06 | 只看该作者
yanwen217 发表于 2018-7-31 11:16
不论哪种电路都可以按照虚断虚短来分析

如果是减法电路,作为反向输入端,是否只有当输入电压小于2.5v时,输出端才能在0-2.5v之间有效输出。否则输出为零。

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16
玄德| | 2018-7-31 14:15 | 只看该作者
你地板位说Voff是2.5v,9层又说是2.21v。

你能不能把图画紧凑点、清楚一点,把电压值直接标注上去?
既然你要提问,就不要让别人猜问题。




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17
玄德| | 2018-7-31 14:19 | 只看该作者
本帖最后由 玄德 于 2018-7-31 14:23 编辑


单电源运放的计算,
先把所有输入端的电压值减去供电电压的一半,
然后按普通双电源电路来计算,
计算结果再加上供电电压的一半,就是单电源情况下的输出值。

供电电压,你一层图上标注是6v,5层说是5v。自己算吧。




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18
zbcaich| | 2018-7-31 14:57 | 只看该作者
按照你现在这个电路的参考电压计算,后级的没变,老样子,但前级Voff只有1.26V左右了,前级输出就会增高了,就像你自个说的大于2.5V了,后级的确会降到地电平以下。可以调整后级参数的,提高正输入端的参考电压,减少R7A的阻值到75K时,电路输出会正常地输出200mV左右。

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19
muzimaye|  楼主 | 2018-7-31 15:50 | 只看该作者
玄德 发表于 2018-7-31 14:15
你地板位说Voff是2.5v,9层又说是2.21v。

你能不能把图画紧凑点、清楚一点,把电压值直接标注上去?

抱歉,不好意思。重新做了更正。Voff的电压是2.21v。

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20
muzimaye|  楼主 | 2018-7-31 15:53 | 只看该作者
玄德 发表于 2018-7-31 14:19
单电源运放的计算,
先把所有输入端的电压值减去供电电压的一半,
然后按普通双电源电路来计算,

关于供电电压,参考电路给出的是6V供电,后来和技术支持沟通,建议采用5V供电。画图的时候标号采用6V的标注,供电电源是5V。

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