El amplificador de instrumentación captura la señal de bajo nivel de IoT

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Estas señales de bajo nivel adicionales deben capturarse y amplificarse con precisión antes de continuar con el procesamiento para alcanzar niveles compatibles con el microprocesador convertidor de analógico a digital (ADC) sin desviación de CC y ruido. De manera similar, el uso de una derivación lateral de alto voltaje para la detección de corriente requiere un amplificador que no tenga una entrada de referencia a tierra y pueda soportar grandes voltajes de modo común.
Para garantizar una captura de datos precisa, los fabricantes y los entusiastas deben estar familiarizados con los amplificadores de instrumentación (INA). El INA es un amplificador diferencial equilibrado con ganancia fácilmente controlable, pequeña desviación de desplazamiento y cancelación de ruido. Complementa los transmisores de bajo costo en las aplicaciones de control del hogar. Al mismo tiempo, dado que el INA tiene dos entradas de alta impedancia que no están referenciadas a tierra, también es adecuado para varios tipos de mediciones diferenciales flotantes.

Este artículo describe la cadena de señal del sensor-procesador y la necesidad de rechazo, precisión y estabilidad en el modo común en la etapa del amplificador. También se describen los sensores específicos y los INA y cómo usarlos.

Transmisor piezorresistivo
Los transmisores que usan componentes piezorresistivos son una de las familias de sensores más populares. Se pueden usar para medir el estrés, la fuerza, la aceleración y la presión, y más.

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Los componentes piezorresistivos más pequeños están conectados a los componentes mecánicos del transmisor. Estos elementos pueden ser tiras, placas, resortes o diafragmas. Los parámetros esperados detectados hacen que la estructura mecánica se deforme. Los componentes piezorresistivos están sujetos a tensiones que son proporcionales a los parámetros inductivos que cambian la resistencia del componente.
Amplificador instrumental

INA es un amplificador diferencial basado en la tecnología de amplificador operacional con entradas diferenciales y salidas de un solo extremo. El amplificador es un amplificador diferencial y, por lo tanto, atenúa la señal en modo común, y el grado de atenuación es la especificación CMRR mencionada anteriormente. Por lo tanto, INA es adecuado para amplificar señales pequeñas en presencia de grandes señales o desplazamientos en modo común. Además, INA presenta: ganancia estable, precisa y fácilmente ajustable, alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida.

INA tiene dos topologías de circuitos comunes disponibles. El más común es el diseño de triple amplificador operacional que se muestra en la siguiente figura. En esta configuración de circuito, los amplificadores U1 y U2 son buffers de entrada que no invierten. Su salida será alimentada al amplificador diferencial U3. La ganancia del INA es establecida principalmente por la resistencia RG. La entrada de referencia normalmente se conecta a tierra cuando no está en uso, controlando el nivel de voltaje de compensación de salida. La entrada de detección se puede utilizar para variar la ganancia del amplificador diferencial de salida. Cuando no está en uso, se asocia con la salida de la etapa diferencial.

Reduzca la cantidad de amplificadores operacionales requeridos con una topología de amplificador operacional dual
Detección de corriente de lado alto
El uso de una derivación de resistencia de bajo valor es uno de los métodos más comunes para medir la corriente. Para mediciones de potencia con varios amplificadores, una resistencia de aproximadamente 10 miliohms (mΩ) produce una caída de voltaje de 10 mV por amplificador (a continuación).

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Si la resistencia de derivación se coloca entre la carga y el suelo, se denomina detección de corriente del lado bajo. La colocación de la resistencia de detección entre la fuente de alimentación y la carga se denomina detección de corriente del lado alto. La detección lateral alta tiene la ventaja de eliminar la interferencia a tierra. También se puede utilizar para detectar fallas a tierra de carga.
Al realizar la detección de corriente de lado alto, es necesario estudiar cuidadosamente el voltaje de modo común aplicado al amplificador de instrumentación, que se explicará más adelante.

Si RSENSE es de 10 mΩ, un cambio de corriente de 5A producirá un voltaje de 50 mV en la resistencia. El ajuste de la ganancia del INA a 100 causará un cambio de salida de 5V.
para resumir

En la implementación del proceso de diseño, los entusiastas y los ingenieros profesionales descubrieron rápidamente que la conexión del sensor al IoT primero requiere una buena comprensión de cómo adquirir y amplificar la señal de bajo nivel del puente de Wheatstone, y luego usar el ADC para convertirlo. al dominio digital.
INA es ideal para amplificar señales diferenciales. Ofrecen alta ganancia, alto rechazo de modo común y alta impedancia de entrada. Debido a que vienen en una variedad de configuraciones, es importante entender cómo funciona, las especificaciones clave y las precauciones de uso.