CETDQ801B Amplificatore di carica per sistema Weigh In Motion

L'amplificatore di carica CETDQ801B è un amplificatore di carica multicanale che emette una tensione proporzionale alla carica in ingresso. Supporta 8 o 12 canali (opzionale) ed è progettato per funzionare con sensori piezoelettrici per misurare grandezze meccaniche come accelerazione, pressione e forza. È ampiamente utilizzato in settori quali conservazione dell'acqua, energia, miniere, trasporti, edilizia, sismologia, aerospaziale e difesa. Lo strumento presenta le seguenti caratteristiche:

1)      Progettazione del circuito ottimizzata con componenti importati ad alta precisione, a basso rumore e a bassa deriva garantisce una qualità del prodotto stabile e affidabile.

2)      Elimina l'attenuazione del segnale causata dalla capacità equivalente dei cavi di ingresso, consentendo l'uso di cavi lunghi senza influire sulla precisione della misurazione.

3)      Emette ±5Vp a 50mA.

4)      Supporta l'ingresso da 8 o 12 sensori, con un'interfaccia di uscita DB15 e funziona a DC 12V.

2. Principio di funzionamento

L'amplificatore di carica CETDQ801B è composto da uno stadio di conversione della carica, uno stadio di regolazione, un filtro passa-basso, un filtro passa-alto, uno stadio finale di amplificazione di potenza e un alimentatore. Il principio di funzionamento è illustrato nel diagramma a blocchi sottostante:

1)      Stadio di conversione della carica: Centrato attorno all'amplificatore operazionale A1.

L'amplificatore di carica CETDQ801B può essere collegato a sensori di accelerazione piezoelettrici, sensori di forza e sensori di pressione. Questi sensori convertono le grandezze meccaniche in cariche deboli proporzionali (Q) con un'impedenza di uscita estremamente alta (Ra). Lo stadio di conversione della carica trasforma la carica in una tensione proporzionale (1pC/1mV) e converte l'alta impedenza di uscita in bassa impedenza di uscita.

o    Ca: Capacità intrinseca del sensore, tipicamente diverse migliaia di pF. Il limite di frequenza inferiore è determinato da 1/2πRaCa.

o    Cc: Capacità del cavo di uscita a basso rumore.

o    Ci: Capacità di ingresso dell'amplificatore operazionale A1, tipicamente 3pF.

Lo stadio di conversione della carica utilizza un amplificatore operazionale di precisione a banda larga, a basso rumore, a bassa deriva e ad alta impedenza di ingresso proveniente dagli Stati Uniti. Il condensatore di retroazione (Cf1) ha quattro impostazioni: 101pF, 102pF, 103pF e 104pF. Secondo il teorema di Miller, la capacità effettiva all'ingresso è C = (1 + K)Cf1, dove K è il guadagno ad anello aperto di A1, tipicamente 120dB. Quando Cf1 è impostato su 100pF (minimo), C è di circa 108pF. Per un cavo a basso rumore da 1000 metri, Cc è 95000pF. Supponendo che Ca sia 5000pF, la capacità parallela totale di Ca, Cc e Ci è di circa 105pF, che è 1/1000 di C. Pertanto, anche con un cavo da 1000 metri, l'impatto sulla precisione di Cf1 è solo dello 0,1%. La tensione di uscita dello stadio di conversione della carica è Q / Cf1, quindi l'uscita è 10mV/pC, 1mV/pC, 0,1mV/pC e 0,01mV/pC per le rispettive impostazioni del condensatore di retroazione.

2)      Stadio di regolazione: Comprende l'amplificatore operazionale A2 e un potenziometro di regolazione della sensibilità (W). Questo stadio garantisce un'uscita di tensione normalizzata quando si utilizzano sensori piezoelettrici con sensibilità diverse.

3)      Filtro passa-basso: Un filtro attivo di Butterworth del secondo ordine centrato attorno ad A3, progettato per eliminare efficacemente le interferenze ad alta frequenza.

4)      Filtro passa-alto: Un filtro passa-alto passivo del primo ordine composto da C4 e R4, progettato per sopprimere le interferenze a bassa frequenza.

5)      Amplificatore di potenza finale: Centrato attorno ad A4, fornisce guadagno e protezione da cortocircuito in uscita con alta precisione.

3. Specifiche tecniche

1)      Caratteristiche di ingresso: Carica massima in ingresso ±106pC.

2)      Sensibilità: 0,1-1000mV/pC (con capacità della sorgente di 1nF a -40 a +60dB).

3)      Regolazione della sensibilità del sensore: 4 gamme con sensibilità di carica da 1-109,9pC/Unità.

4)      Precisione:

o    1mV/Unità, 10mV/Unità, 100mV/Unità, 1000mV/Unità.

o    Quando la capacità equivalente del cavo di ingresso è inferiore a 10nF, 68nF, 22nF, 6,8nF o 2,2nF, l'errore è inferiore a ±1% in condizioni di riferimento a 1kHz e inferiore a ±2% in condizioni di lavoro nominali.

5)      Filtro e risposta in frequenza:

o    Filtro passa-alto: Frequenze di taglio inferiori di 0,3, 1, 3, 10, 30 e 100Hz. Tolleranza: 0,3Hz, -3dB a +1,5dB; 1, 3, 10, 30, 100Hz, -3dB ±1dB. Pendenza di attenuazione: -6dB/ottava.

o    Filtro passa-basso: Frequenze di taglio superiori di 1, 3, 10, 30 e 100kHz. Tolleranza: -3dB ±1dB. Pendenza di attenuazione: -12dB/ottava.

6)      Caratteristiche di uscita:

o    Ampiezza massima di uscita: ±5Vp.

o    Corrente massima di uscita: ±100mA.

o    Resistenza di carico minima: 100Ω.

o    Distorsione armonica: inferiore all'1% a frequenze inferiori a 30kHz con carichi capacitivi <47nF e uscita a fondo scala.

7)      Rumore: Inferiore a 5µV (riferito all'ingresso al massimo guadagno).

8)      Tempo di riscaldamento: Circa 30 minuti.

9)      Interfaccia di uscita: DB15.

10)  Canali di ingresso: 8 o 12 canali.

11)  Alimentazione in ingresso: DC 12V.