ZHCABK1A February 2022 – March 2024 ADS1119 , ADS1120 , ADS1120-Q1 , ADS112C04 , ADS112U04 , ADS1130 , ADS1131 , ADS114S06 , ADS114S06B , ADS114S08 , ADS114S08B , ADS1158 , ADS1219 , ADS1220 , ADS122C04 , ADS122U04 , ADS1230 , ADS1231 , ADS1232 , ADS1234 , ADS1235 , ADS1235-Q1 , ADS124S06 , ADS124S08 , ADS1250 , ADS1251 , ADS1252 , ADS1253 , ADS1254 , ADS1255 , ADS1256 , ADS1257 , ADS1258 , ADS1258-EP , ADS1259 , ADS1259-Q1 , ADS125H01 , ADS125H02 , ADS1260 , ADS1260-Q1 , ADS1261 , ADS1261-Q1 , ADS1262 , ADS1263 , ADS127L01 , ADS130E08 , ADS131A02 , ADS131A04 , ADS131E04 , ADS131E06 , ADS131E08 , ADS131E08S , ADS131M02 , ADS131M03 , ADS131M04 , ADS131M06 , ADS131M08
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- 摘要
- 商標(biāo)
- 1電橋概述
- 2電橋結(jié)構(gòu)
- 3電橋連接
- 4電橋測量的電氣特性
- 5信號鏈設(shè)計注意事項
-
6電橋測量電路
- 6.1 使用比例基準(zhǔn)和單極低電壓 (≤ 5V) 激勵源的四線電阻式電橋測量
- 6.2 使用比例基準(zhǔn)和單極低電壓 (≤ 5V) 激勵源的六線電阻式電橋測量
- 6.3 使用偽比例基準(zhǔn)和單極高電壓 (> 5V) 激勵源的四線電阻式電橋測量
- 6.4 使用偽比例基準(zhǔn)和非對稱高電壓 (> 5V) 激勵源的四線電阻式電橋測量
- 6.5 使用比例基準(zhǔn)和電流激勵的四線電阻式電橋測量
- 6.6 使用偽比例基準(zhǔn)和單極低電壓 (≤ 5V) 激勵源，測量多個串聯(lián)四線電阻式電橋
- 6.7 使用帶比例基準(zhǔn)和單極低電壓 (≤ 5V) 激勵源的單通道 ADC 測量多個并聯(lián)的四線電阻式電橋
- 6.8 使用帶比例基準(zhǔn)和單極低電壓 (≤ 5V) 激勵源的多通道 ADC 測量多個并聯(lián)的四線電阻式電橋
- 7總結(jié)
- 8Revision History
5.5.3 校準(zhǔn)示例
為了更好地了解校準(zhǔn)原理，以下部分逐步介紹一個稱重秤示例，該稱重秤使用表 4-1 中的負(fù)載單元屬性和 ADS1235。示例負(fù)載單元的標(biāo)稱電橋靈敏度為 2mV/V，稱量范圍為 2kg。假設(shè) VEXCITATION = 5V，理想滿量程電橋輸出電壓 VOUT(Ideal) 為 2mV/V ? 5V = 10mV。這是秤上承載 2kg 重量時電橋的預(yù)期輸出。VOUT(Ideal) 也是 ADC 測量的輸入電壓 VIN(Ideal)。
方程式 32 給出了 ADC 輸出代碼的通用公式：
其中：
- N 為 ADC 分辨率
- A 是與 ADC 模擬電壓范圍有關(guān)的比例因子（有關(guān)更多信息，請參閱節(jié) 6.8.33）
對于 ADS1235，N = 24，A = 2。使用具有比例基準(zhǔn)配置 (VREF = VEXCITATION = 5V)
和 128V/V PGA 設(shè)置的 ADS1235 時，10mV 信號可產(chǎn)生方程式 33 給出的理想 ADC 輸出代碼 ADCIdeal：
方程式 33 表明，當(dāng)施加 2kg 重量時，無誤差系統(tǒng)提供的 ADC 代碼值應(yīng)為 2,147,483，取消重量后，ADC 代碼值應(yīng)為 0 (VIN(Ideal) = 0V)。圖 5-15 顯示了使用示例參數(shù)時的理想電橋響應(yīng)。
圖 5-15 示例電橋測量系統(tǒng)的理想響應(yīng)對于本示例，圖 5-15 中的系統(tǒng)輸入（X 軸）是施加的重量，系統(tǒng)輸出是 ADC 代碼（Y 軸）。用于確定校準(zhǔn)系數(shù)的系統(tǒng)輸出應(yīng)是 ADC 代碼，這是因為微控制器執(zhí)行的校準(zhǔn)過程使用 ADC 代碼作為輸入（請參閱圖 5-12）。
遺憾的是，與圖 5-15 中的理想響應(yīng)相比，實際系統(tǒng)總會有一定的誤差，從而降低系統(tǒng)精度。例如，ADC 和放大級具有固有誤差，而電橋連接的選擇可能會引入增益誤差。甚至負(fù)載單元也有固有失調(diào)（零點平衡）和增益誤差（靈敏度誤差），如表 4-1 所示。系統(tǒng)級失調(diào)和增益誤差是所有這些不同來源的組合誤差。圖 5-16 顯示了每種系統(tǒng)誤差如何影響圖 5-15 中的綠色理想電橋響應(yīng)，從而導(dǎo)致斜率和 Y 截距未知的紅色實際電橋響應(yīng)。
圖 5-16 示例電橋測量系統(tǒng)的實際與理想響應(yīng)圖 5-16 中的要點是，在不知道紅色電橋響應(yīng)的 BActual 值和斜率的情況下，無法將測量的 ADC 輸出代碼與實際施加重量相關(guān)聯(lián)。當(dāng)用戶向此示例系統(tǒng)施加 2kg 測試重量時，得到的輸出代碼 ADCActual 為 2,684,355。ADC 代碼 2,684,355 對應(yīng)于 2.5kg 的施加負(fù)載，因為用戶假定系統(tǒng)遵循綠色的理想響應(yīng)。這個結(jié)果會在整個量程上產(chǎn)生 25% 的誤差。最終，必須進(jìn)行校準(zhǔn)以確定實際電橋響應(yīng)，降低這些誤差并保持高精度結(jié)果。
要校準(zhǔn)這個稱重秤，首先應(yīng)進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn)。在本示例中，在不施加重量的情況下，BActual 的測量結(jié)果為 214,748 代碼。可以使用方程式 32 來反向計算 214,748 代碼，當(dāng) VEXCITATION = VREF = 5V 時，計算結(jié)果約為 1mV（或 0.2kg）。此值代表所有誤差源產(chǎn)生的總系統(tǒng)失調(diào)電壓。
BActual 的值用于在秤上不存在負(fù)載時將顯示的重量調(diào)整為 0kg。圖 5-17 顯示了本示例中的失調(diào)電壓校準(zhǔn)如何將未校準(zhǔn)的紅色電橋響應(yīng)向下轉(zhuǎn)換為失調(diào)電壓校準(zhǔn)后的藍(lán)色電橋響應(yīng)。插圖右側(cè)的稱重秤圖像，給出秤顯示在失調(diào)電壓校準(zhǔn)之前（紅色）和之后（藍(lán)色）是如何變化的。
圖 5-17 對示例稱重秤系統(tǒng)執(zhí)行失調(diào)電壓校準(zhǔn)圖 5-17 中的藍(lán)色響應(yīng)相對于圖 5-15 中顯示的綠色理想電橋響應(yīng)仍有增益誤差。本示例使用經(jīng)校準(zhǔn)的 2kg 測試重量 WCalibrated，通過執(zhí)行增益校準(zhǔn)來校正該增益誤差。ADC 測量 WCalibrated 并產(chǎn)生輸出代碼 ADCCalibrated 2,469,606，該代碼等于 2.3kg。圖 5-18 將 2kg 測試重量的理想響應(yīng)與無失調(diào)電壓系統(tǒng)中的測量響應(yīng)進(jìn)行了對比。插圖右側(cè)的稱重秤圖像，給出秤顯示在增益校準(zhǔn)之前（藍(lán)色）和之后（綠色）是如何變化的。
圖 5-18 對示例稱重秤系統(tǒng)執(zhí)行增益校準(zhǔn)如圖 5-18 所示，即使在進(jìn)行失調(diào)電壓校準(zhǔn)后，秤顯示的值為 2.3kg，在整個量程上產(chǎn)生了 15% 的誤差。此值代表所有誤差源導(dǎo)致的總系統(tǒng)增益誤差。為了校正該增益誤差并準(zhǔn)確顯示 2kg 重量的值，必須推導(dǎo)比例因子 M。方程式 34 顯示了如何根據(jù)測量參數(shù)計算 M：
方程式 34 中的一個要點是，WCalibrated 的值直接影響 M 的校準(zhǔn)，從而影響增益校準(zhǔn)的精度。因此，應(yīng)確保正確校準(zhǔn)并小心處理系統(tǒng)中使用的測試負(fù)載，使其物理屬性不發(fā)生改變。
使用本示例中提供的值可得到方程式 35 中的結(jié)果：
方程式 89 合并這些結(jié)果，從任何 ADC 輸出代碼 ADCResult 推導(dǎo)出相應(yīng)的施加重量 W：
使用本示例中提供的值可得到方程式 37 中的結(jié)果：
方程式 37 可用于確定施加到本示例中的稱重秤的任意重量的值。例如，如果 ADCResult = 1,000,000，則 W = 0.697kg。圖 5-19 顯示了如何將本示例中得出的特定值應(yīng)用于圖 5-12 所示的校準(zhǔn)方框圖。
圖 5-19 具有示例校準(zhǔn)系數(shù)的稱重秤方框圖本示例中使用的值是理論值，不代表任何特定系統(tǒng)的行為。另外，務(wù)必要記住，實際系統(tǒng)具有多個失調(diào)電壓和增益誤差源，盡管可能有一個誤差源起主要作用，但所有誤差源都需要進(jìn)行考慮。在任何情況下，此校準(zhǔn)過程都可應(yīng)用于任何電橋測量系統(tǒng)，以消除部分常見的誤差源并保持高精度結(jié)果。