前言
稱重儀表的前向通道是稱重儀表的重要組成部分,它的性能好壞直接影響著儀表的性能。因此，在設計稱重儀表時，前向通道的設計乃是整個係統設計的重點。稱重儀表的前向通道包括前置放大器、A/D轉換器兩部分。下麵著重談談這兩部分的設計。
一、前置放大器的設計
我們知道，稱重傳感器的輸出信號是一個非常微弱的共模信號，而一般的A/D轉換器並不能識別和處理共模信號和非常微弱的電壓信號。因此，在設計前置放大器時，就要求前置放大器必須有很高的共模抑製比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。稱童儀表的工作環境各種各樣，為了避免儀表受溫度的影響，要求前置放大器有較好的溫度係數。如果前置放大器的輸出不穩定，將直接影響稱量結果。在一般的稱重及表中所采用的前置放大器有以下幾種：
1.由單隻運算放大器組成測量放大器，這種由一隻運算放大器組成的前置放大器如圖（1）所示，這種放大器準確的說應該叫做差動放大器，若R1=Rl、R2=R2′,則其放大倍數Av=R2/R1(V2-V1)在要求不太高的場合，能滿足一定的設計要求。它的特點是，結構簡單，成本較低。缺點是它的共模抑製比不夠高，這是因為,它的共模抑製比依賴於電阻R1、R1′，、R2、R2′,的配合，如果這些電阻一致性較差，就容易產生誤差。它的另一個缺點是輸入阻抗不能很大，放大倍數容易受傳感器輸出阻抗的影響。我們知道，傳感器的輸出阻抗一般在500Ω左右,R1、R1′，必須為數十K才可將傳感器的輸出阻抗忽略。采用這類電路，一般都選用性能較好的運算放大器，比如OP07、OP177、ICL7650等。
2.由三運放組成的儀用放大器，是一種比較理想的前置放大器。它的構成見圖2,它的電原理圖可知，它的放大倍數Av=(2R1/RG+1)R3/R2）碧隻要運放性能KGKZ
對稱，其漂移將大大減小，並具有很高的輸入阻抗和高共模抑製比，在測量係統中它是一種較為常用的一種放大器。缺點是結構較複雜，並且第二級差動放大器四個電阻的精度也要求很高，因為本電路增益誤差和共模抑製取決於R2、R2′，、R3、R3′,的匹配比率。在一定限度內可在前級獲得所希望的高增益，同時並不會增加共模誤差。

3.集成測量放大器采用厚膜工藝製成模塊形式，隻需要很少的外接元件，不需要精密的電阻匹配，僅需一到兩個精密電阻就能達到較高的增益。這類電路性能穩定，共模抑製比較高。較常見的集成測量放大器有AD620、AD521、AD522等。釆用集成測量放大器電路結構簡單,非常適合稱重儀表,但成本相對較高，這類集成測量放大器售價一般需數十元。
二、A/D轉換器的設計與選用
我們知道，計算機不能識別模擬信號，信號進入計算機以前，必須將它轉換成計算機能夠處理的數字信號，即A/D轉換。A/D轉換器是測控係統的關鍵部件，它直接影響係統的精度和測量速度。在一般測控係統中，A/D轉換器將輸入信號轉換成與基準電壓成比例的數字信號，然後，進行處理。但稱重儀表釆用的A/D轉換器跟其他儀表的A/D轉換器有所不同,其他儀表一般都要求以基準電壓為標準,轉換結果與輸入電壓成嚴格的對應關係，即輸入信號為多高電壓，輸出就必須是相應的電壓值。而稱重儀表的A/D轉換器並不一定以標準電壓作基準,而可以以傳感器加標準祛碼時的輸出作基準,因此,隻要A/D轉換器的結果與傳感器所加硃碼正比，有足夠的分辨率，且較好的線性就能滿足要求。目前,常見的A/D轉換器從轉換方式分有：逐次逼近式、積分式兩類。逐次逼近式A/D轉換器轉換速度快,如果再要求較高的精度，那麽其價格將是非常昂貴的，一般隻應用在實時控製係統，比如定量包裝秤等。積分式A/D轉換器轉換速度較低，但價格低廉,結構簡單,抗幹擾能力強，精度較高。一般稱重儀表對轉換速度要求不高，大都采用積分式A/D轉換器。而對於包裝機用稱重控製器，積分式A/D轉換器就顯得力不從心。
1.積分式A/D轉換器
積分式A/D轉換器是測控係統中最常用的A/D轉換方式,種類也比較多，如單積分型、雙積分型、多積分型、電荷平衡型等。積分式A/D轉換器可以以較低的成本做到較高的分辨率，其基本原理是將輸入電壓按比例轉換為對應時間間隔，然後，將時間間隔通過定時器或計數器轉換為與其成正比的數字量。這種A/D轉換器的優點是對工頻抗幹擾能力強，其精度與元件的固有誤差無關，所以相對來說轉換器的精度比較高，缺點是轉換速度較低。目前比較常見的產品有MC14433,ICL7109,DG7126,ICL7135等。
2.逐次逼近式A/D轉換器
在稱重儀表中一般不釆用逐次逼近式A/D轉換器，原因是一般衡器並不要求進行實時控製，而以精度和可靠性作重點，並且，逐次逼近式A/D轉換器要達到稱重儀表所要求的分辨率，成本非常昂貴。逐次逼近式A/D轉換器常用於實時控製係統。常見的逐次逼近式A/D轉換器8位的有ADC0808、ADC0809等，10位的有ADC1210、ADC1211等，12位的有AD574.MAX178等。其中，8位、10位A/D轉換器屬於低分辨率A/D,很少用於稱重控製係統，12位A/D轉換器屬於中等分辨率，可用於某些特殊的稱重控製係統，比如稱重式定量包裝機。16位以上逐次逼近式A/D轉換器屬於高分辨率A/D,其價格非常昂貴,很少采用。
3.其它形式的A/D轉換器
除了上述兩種A/D轉換方式還有△-£方式、多次積分、V/F轉換等方式。這些轉換方式其實多數是雙積分式A/D轉換器的變形或改進。象△-£、多次積分轉換方式，經過改進，其轉換速度比傳統的雙積分轉換方式的轉換速度已有很大提高，如MAXIM公司的MAX132、AD公司的AD7703,AD7710.AD7715等，其轉換速率可達數十次到100次每秒，其分辨率甚至高於傳統雙積分轉換方式。以左-£方式的轉換器目前市場已有芯片出售，比如常見的有AD7703,AD7715等。這類芯片比較適合稱重控製器。
4.A/D轉換器的設計與選用原則
目前國內生產稱重儀表的廠家很多，所采用的A/D轉換方式也不盡相同。除了前麵提到的逐次逼近式轉換器較少釆用外，其餘幾種轉換方式在儀表
的設計生產中都有應用。近年來，△-£轉換技術在儀表中應用較多，因為這種轉換方式不僅具有較前置放大器所處理的信號，就是稱重傳感器輸出的微弱的電壓信號，它很容易受到其它幹擾，在強的抗幹擾性，而且也具有很高的分辨率和較高的PCB布線時應將其遠離幹擾源。為了防止工頻幹轉換速度。對於A/D轉換器的分辨率的選擇，筆者以為，滿足設計要求即可，沒有必要苛意追求很高的分辨率，很高的分辨率並不是保證儀表分辨率的唯一條件，因為A/D轉換器的輸出反映的是放大器的輸出，而放大器的輸出不僅取決其本身的各項參數（比如，運算放大器的共模抑製比、輸入溫漂、輸入失調電壓等），而且與係統電源的穩定也有著直接的關係。因此，要想提高儀表性能，除了A/D轉換器的分辨率外,還要綜合考慮各方麵的因素，比如要充分保證前置放大器及其電源的各項指標都滿足設計要求。根據筆者的經驗，16位以上到20位的A/D轉換器就能滿足一般稱重儀表的要求。對於實時稱重控製器，甚至12位的A/D也能滿足要求，比如，稱重式包裝機，有很多廠家采用的就是12位的高速A/D轉換器AD574O
三、前向通道在PCB板上的布線原則
前置放大器所處理的信號，就是稱重傳感器輸出的微弱的電壓信號，它很容易受到其它幹擾，在PCB布線時應將其遠離幹擾源。為了防止工頻幹擾，放放大器要遠離係統電源，有條件的話，要將電源與係統分開。放大器的輸出應盡量靠近A/D轉換器的輸入，防止引入其它幹擾。布線時，模擬信號線盡量走直線，輸入回路與輸出回路盡量遠離。對於傳感器到放大器的輸入端，如有可能可增加屏蔽環來提高其抗幹擾性。在焊接元器件時，應將元件表麵清理幹淨，避免虛焊。為了避免受空氣濕度的影響，放大器電路應做防潮處理。
四、結束語
目前，國產儀表同國外儀表相比,還存在一定差距,隨著科技的進步和廣大科技工作者的不斷努力，在不遠的將來,我們一定能趕超世界先進水平。

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