L'instrumentation capte le signal de niveau bas IoT
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Ces signaux supplémentaires de bas niveau doivent être capturés et amplifiés avec précision avant tout traitement ultérieur pour obtenir des niveaux compatibles avec le convertisseur analogique-numérique (ADC) du microprocesseur sans décalage en continu ni bruit. De même, l'utilisation d'un shunt latéral haute tension pour la détection de courant nécessite un amplificateur sans entrée de référence à la terre et pouvant supporter des tensions de mode commun importantes.
Pour garantir une saisie de données précise, les fabricants et les passionnés doivent se familiariser avec les amplificateurs d'instrumentation (INA). L'INA est un amplificateur différentiel équilibré avec un gain facilement contrôlable, une faible dérive de décalage et une annulation du bruit. Il complète les émetteurs à faible coût dans les applications de contrôle domestique. En même temps, étant donné que l'INA possède deux entrées à haute impédance qui ne sont pas référencées à la terre, il convient également à différents types de mesures différentielles flottantes.
Cet article décrit la chaîne de signaux capteur-processeur et la nécessité d'une réjection, d'une précision et d'une stabilité en mode commun à l'étage de l'amplificateur. Des capteurs spécifiques, des INA et leur utilisation sont également décrits.
Émetteur piézorésistif
Les émetteurs utilisant des composants piézorésistifs font partie des familles de capteurs les plus populaires. Ils peuvent être utilisés pour mesurer le stress, la force, l'accélération et la pression, etc.
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Les composants piézorésistifs plus petits sont connectés aux composants mécaniques de l'émetteur. Ces éléments peuvent être des bandes, des plaques, des ressorts ou des diaphragmes. Les paramètres attendus détectés entraînent une déformation de la structure mécanique. Les composants piézorésistifs sont soumis à des contraintes proportionnelles aux paramètres inductifs modifiant la résistance du composant.
Amplificateur d'instrumentation
INA est un amplificateur différentiel basé sur la technologie amp amp avec entrées différentielles et sorties asymétriques. L'amplificateur est un amplificateur différentiel et atténue donc le signal de mode commun, et le degré d'atténuation correspond à la spécification CMRR mentionnée précédemment. Par conséquent, INA est bien adapté à l’amplification de petits signaux en présence de signaux ou de décalages importants en mode commun. De plus, INA présente les caractéristiques suivantes: gain stable, précis et facilement ajustable, impédance d'entrée élevée et impédance de sortie faible.
INA dispose de deux topologies de circuit communes. Le plus commun est la conception de l’ampli triple op montrée dans la figure ci-dessous. Dans cette configuration de circuit, les amplificateurs U1 et U2 sont des tampons d'entrée non inverseurs. Leur sortie sera transmise à l’amplificateur différentiel U3. Le gain de l'INA est principalement déterminé par la résistance RG. L'entrée de référence est normalement mise à la terre lorsqu'elle n'est pas utilisée, contrôlant le niveau de tension de décalage de sortie. L'entrée de détection peut être utilisée pour faire varier le gain de l'amplificateur différentiel de sortie. Lorsqu'il n'est pas utilisé, il est associé à la sortie de l'étage différentiel.
Réduisez le nombre d'amplificateurs opérationnels requis avec une topologie à deux amplificateurs opérationnels
Détection de courant côté haut
L’utilisation d’un shunt à résistance de faible valeur est l’une des méthodes les plus courantes de mesure du courant. Pour les mesures de puissance avec plusieurs amplificateurs, une résistance d'environ 10 milliohms (mΩ) produit une chute de tension de 10 mV par amplificateur (ci-dessous).
Si la résistance de shunt est placée entre la charge et la terre, on parle de détection de courant côté bas. Le positionnement de la résistance de détection entre l'alimentation et la charge est appelé détection de courant côté haut. La détection de côté élevé a l'avantage d'éliminer les interférences de sol. Il peut également être utilisé pour détecter les défauts à la terre de la charge.
Lorsque vous effectuez une détection de courant côté haut, il est nécessaire d’étudier attentivement la tension de mode commun appliquée à l’amplificateur d’instrumentation, ce qui sera discuté ultérieurement.
Si RSENSE est de 10 mΩ, une intensité de courant de 5 A produira une tension de 50 mV dans la résistance. Si vous réglez le gain de l'INA sur 100, vous obtiendrez une sortie de 5V.
Pour résumer
Lors de la mise en œuvre du processus de conception, les passionnés et les ingénieurs ont rapidement découvert que la connexion du capteur à l'IdO nécessitait au préalable de bien comprendre comment acquérir et amplifier le signal de bas niveau du pont de Wheatstone, puis d'utiliser le CAN pour le convertir. au domaine numérique.
INA est idéal pour amplifier les signaux différentiels. Ils offrent un gain élevé, une réjection de mode commun élevée et une impédance d'entrée élevée. Étant donné qu’elles sont proposées dans diverses configurations, il est important de comprendre son fonctionnement, les spécifications principales et les précautions d’utilisation.