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仪器仪表智能化趋势下，电子科技的应用与挑战

发布时间：2024-09-03 点击数：


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仪器仪表行业的分类十分广泛，包括但不限于量具量仪、汽车仪表、船用仪表、航空仪表、导航仪器、驾驶仪器、无线电测试仪器、载波微波测试仪器、地质勘探测试仪器、建材测试仪器等。此外，按照功能、检测控制对象、结构、原理等不同特征，还可以进一步分为若干小类或子类。但在仪器仪表行业中，爱浦电子的模块电源产品主要应用于包括数码记录仪、电流互感器、温湿度控制器、电气火灾监控器、起重器仪表、气体分析仪等多种设备。这些电源产品具有纹波小、精度高、电磁兼容性好、尺寸小、可靠性高等特点，能够满足仪器仪表行业对电源的高标准要求。爱浦电子的产品特点包括体积小、性能优，符合CE、ROHS、UL标准，并提供5年的产品质保期。

仪器仪表行业的典型用例

1、DC-DC模块电源（FD12-XXSXXA3(C)4(-T)(-TS)系列）：爱浦电子提供的DC-DC模块电源，功率范围从1W到700W不等。这些电源在仪器仪表中用于将直流输入电压转换为不同电压等级的直流输出电压，广泛应用于精密测量仪器、数据采集系统、传感器供电等。

2、AC-DC模块电源（DA60-220SXXG2N3系列）：功率范围从2W到200W的AC-DC模块电源，用于将交流电转换为直流电。这些电源在仪器仪表中的应用包括为各类分析仪器、测试设备、监控系统等提供稳定的电源供应。

3、通讯隔离收发模块（RS485-XXHSAVC系列）：这些模块在仪器仪表中用于数据通讯和信号隔离，确保数据的准确传输同时减少干扰。它们在工业控制系统、网络通信设备、远程监测仪器中尤为常见。

具体应用实例包括：

●  数码记录仪：使用爱浦电子的模块电源，以确保长时间稳定运行和数据的准确性。

●  电流互感器：利用爱浦电子的电源模块，为电流互感器提供稳定的电源，以保证电流测量的精确度。

●  温湿度控制器：这些控制器使用爱浦电子的电源模块，以保障在复杂环境下的可靠性和稳定性。

● 电气火灾监控器：使用爱浦电子的电源，确保监控器在关键的安全监测中持续稳定工作。

● 起重器仪表：这些仪表在起重作业中需要精确显示起重数据，爱浦电子的电源模块为其提供了稳定的电源。

● 气体分析仪：在环境监测和工业生产中，气体分析仪使用爱浦电子的电源模块，以保证分析结果的准确性。

4、相关部分产品介绍：

                             FD12-XXSXXA3(C)4(-T)(-TS)系列



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                 FD12-XXSXXA3(C)4(-T)(-TS)系列 (aipupower.cn)

◆ 宽范围输入 ( 4:1)，输出功率 12W

◆ 转换效率高达 89%

◆ 低待机功耗低至 0.1W

◆ 输出快速启动

◆ 长期短路保护，自动恢复

◆ 输入欠压，输出过压、短路、过流保护

◆ 开关频率 350KHz

◆ 隔离电压 2150VAC

◆ 工作温度范围：-40°C~+85°C

◆ 电磁兼容 EMI 特性好，裸机满足 CISPR32/EN55032 CLASS A

◆ 国际标准引脚 

                        

                                   

                    DA60-220SXXG2N3系列

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                     DA60-220SXXG2N3 系列 (aipupower.cn)



◆ 传输速度高达 500Kbps 

◆ 内置隔离电源 

◆ 总线保护 

◆ 两端隔离 3000VAC 

◆ 工作温度范围：-40℃to+85℃ 

◆ 同一网络可支持连接 128 个节点 

◆ 自动切换收发状态


                                

                                           RS485-XXHSAVC系列

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                       RS485-XXHSAVC 系列 (aipupower.cn)


◆ 传输速度高达 500Kbps

◆ 内置隔离电源

◆ 总线保护

◆ 两端隔离 3000VAC

◆ 工作温度范围：-40℃to+85℃

◆ 同一网络可支持连接 128 个节点

◆ 自动切换收发状态

技术应用介绍

仪器仪表行业的技术应用

随着科技的不断进步，仪器仪表行业在我国经济发展中扮演着越来越重要的角色。仪器仪表作为测量、控制和监测各种物理量的关键设备，广泛应用于工业、农业、医疗、环保、科研等领域。爱浦电子科技有限公司（以下简称“爱浦电子”），作为一家专注于电源模块研发、生产、销售的高新技术企业，其产品在仪器仪表行业中的应用日益广泛。本文将详细探讨爱浦电子在仪器仪表行业的技术应用及其优势。

一、爱浦电子在仪器仪表行业的技术应用

1、电源模块在仪器仪表行业的重要性

仪器仪表设备对电源的稳定性、精度和可靠性要求极高。电源模块作为仪器仪表的核心组成部分，其主要作用是为设备提供稳定、可靠的电源供应。爱浦电子的电源模块在仪器仪表行业中的应用具有以下优势：

（1）高稳定性：确保仪器仪表在各种环境下稳定运行，提高测量精度。

（2）高效率：降低能耗，延长设备使用寿命。

（3）小型化：便于集成，节省空间。

（4）宽电压范围：适应不同电压环境，提高设备适应性。

2、具体技术应用案例

（1）DC-DC模块电源在仪器仪表行业的应用

案例一：数码记录仪

数码记录仪是一种用于记录、存储和分析各种数据的设备。爱浦电子的DC-DC模块电源在此设备中的应用，为记录仪提供了稳定、高效的电源供应，确保了数据记录的准确性和连续性。

技术特点：

· 输出电压稳定，纹波小；

· 高效率，低功耗；

· 小型化设计，便于集成。

案例二：电流互感器

电流互感器是电力系统中重要的测量设备，用于测量电流。爱浦电子的DC-DC模块电源为电流互感器提供稳定电源，保证了电流测量的精确度。

技术特点：

· 高精度输出电压；

· 抗干扰能力强；

· 良好的温度特性。

（2）AC-DC模块电源在仪器仪表行业的应用

案例一：温湿度控制器

温湿度控制器广泛应用于实验室、仓库、机房等场所，用于监测和调节环境温湿度。爱浦电子的AC-DC模块电源在此设备中的应用，为控制器提供了稳定的电源供应，确保了设备在各种环境下的可靠运行。

技术特点：

· 宽电压输入范围；

· 高效率，低功耗；

· 防尘、防潮设计。

案例二：电气火灾监控器

电气火灾监控器用于实时监测电气线路的运行状态，预防火灾事故。爱浦电子的AC-DC模块电源在此设备中的应用，为监控器提供了稳定、可靠的电源，确保了设备的长期稳定运行。

技术特点：

· 输出电压稳定，抗干扰能力强；

· 长期短路保护，自动恢复；

· 高效节能。

（3）通讯隔离收发模块在仪器仪表行业的应用

案例：工业控制系统

工业控制系统广泛应用于工厂、矿山、能源等领域，用于实现自动化控制。爱浦电子的通讯隔离收发模块在此系统中的应用，有效提高了数据传输的稳定性和可靠性。

技术特点：

· 高速RS485接口隔离；

· 集成电源隔离、电气隔离；

· 抗干扰能力强；

· 良好的电磁兼容性。

二、爱浦电子在仪器仪表行业的技术创新与展望

1、技术创新

（1）研发高效、小型化电源模块，满足仪器仪表行业对高性能电源的需求。

（2）提高电源模块的环境适应性，满足不同应用场景的需求。

（3）采用新型材料，降低电源模块的功耗，提高产品竞争力。

2、展望

（1）随着仪器仪表行业的不断发展，爱浦电子将继续深耕电源模块市场，为行业提供更多优质产品。

（2）紧跟国家政策导向，加大研发投入，推动电源技术在仪器仪表行业的应用。

（3）拓展国际市场，提升爱浦电子在全球仪器仪表行业的影响力。

三、结语

爱浦电子凭借其在电源模块领域的专业技术，为仪器仪表行业提供了稳定、高效、可靠的电源解决方案。随着科技的不断进步，爱浦电子将继续创新，为仪器仪表行业的发展贡献力量。在未来的市场竞争中，爱浦电子有望成为仪器仪表行业电源模块的领军企业。

交叉连接技术保持仪表放大器实现全差分输出

提问：我们可以使用仪表放大器生成差分输出信号吗？

随着对精度要求的不断提高，全差分信号链组件因出色的性能脱颖而出。这类组件的一个主要优点是可通过信号路由拾取噪声抑制。由于输出会拾取这种噪声，输出经常会出现误差并因而在信号链中进一步衰减。

此外，差分信号可以实现两倍于同一电源上的单端信号的信号范围。因此，全差分信号的信噪比(SNR)更高。经典的三运放仪表放大器具有许多优点，包括共模信号抑制、高输入阻抗和精确（可调）增益；但是，在需要全差分输出信号时，它就无能为力了。人们已经使用一些方法，用标准组件实现全差分仪表放大器。但是，它们有着各自的缺点。

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图1. 经典仪表放大器一种技术是使用运算放大器驱动参考引脚，正输入为共模，负输入为将输出连接在一起的两个匹配电阻的中心。该配置使用仪表放大器输出作为正输出，运算放大器输出作为负输出。由于两个输出是不同的放大器，因此这些放大器之间动态性能的失配会极大地影响电路的整体性能。

此外，两个电阻的匹配导致输出共模随输出信号运动，结果可能导致失真。在设计该电路时，在选择放大器时必须考虑稳定性，并且可能需要在运算放大器上设置一个反馈电容，用于限制电路的总带宽。最后，该电路的增益范围取决于仪表放大器。因此，不可能实现小于1的增益。

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图2. 使用外部运算放大器生成反相输出另一种技术是将两个仪表放大器与输入开关并联。与前一电路相比，这种配置具有更好的匹配驱动电路和频率响应。但它不能实现小于2的增益。该电路还需要精密匹配增益电阻，以实现纯差分信号。这些电阻的失配会导致输出共模电平的变化，其影响与先前的架构相同。

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图3. 使用第二仪表放大器产生反相输出这两种方法对可实现的增益以及匹配组件的要求存在限制。

新型交叉连接技术

通过交叉连接两个仪表放大器，如图4所示，这种新电路使用单个增益电阻提供具有精密增益或衰减的全差分输出。通过将两个参考引脚连接在一起，用户可以根据需要调整输出共模。

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图4. 交叉连接技术——生成差分仪表放大器输出的解决方案In_A的增益由以下等式推出。由于输入电压出现在仪表放大器2的输入缓冲器的正端子上，而电阻R2和R3另一端的电压为0 V，因此这些缓冲器的增益遵循适用于同相运算放大器配置的等式。同样，对于仪表放大器1的输入缓冲器，增益遵循反相运算放大器配置。由于差分放大器中的所有电阻都匹配，因此缓冲器输出的增益为1。

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图5. 仪表放大器内部的匹配电阻是交叉连接技术的关键

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根据对称性原则，如果在In_B施加电压v2且In_A接地，则结果如下：

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将这两个结果相加得到电路的增益。

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增益电阻R3和R2设置电路的增益，并且只需要一个电阻来实现全差分信号。正/负输出取决于安装的电阻。不安装R3将导致增益等式中的第二项变为零。由此可得，增益为2 × R1/R2。不安装R2会导致增益等式中的第一项变为零。由此可得，增益为–2 × R1/R3。需要注意的另一点是增益纯粹是一个比率，因此可以实现小于1的增益。请记住，由于R2和R3对增益有相反的影响，所以，使用两个增益电阻会使第一级增益高于输出。如果在选择电阻值时不小心，则会加大第一级运算放大器在输出端引起的偏差。

为了演示这个电路的实际运用情况，我们把两个 AD8221 仪表放大器连接起来。数据手册将R1列为24.7kΩ，因此当R2为49.4kΩ时，可实现等于1的增益。

CH1是In_A的输入信号，CH2为VOUT_A，CH3为VOUT_B。输出A和B匹配且反相，差值在幅度上等于输入信号。

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图6. 使用交叉连接技术生成差分仪表放大器输出信号，在增益 = 1的条件下测得的结果接下来，将49.4kΩ增益电阻从R2移至R3，电路的新增益为–1。现在Out_A与输入反相，输出之间的差值在幅度上等于输入信号。

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图7. 使用交叉连接技术生成差分仪表放大器输出信号，在增益 = –1的生成长图条件下测得的结果如前所述，其他技术的一个限制是无法实现衰减。根据增益等式，使用R2 = 98.8kΩ，电路会使输入信号衰减两倍。

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图8. 使用交叉连接技术生成差分仪表放大器输出信号，在增益 = 1/2的条件下测得的结果最后，为了证明高增益，选择R2 = 494Ω以实现G = 100。

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图9. 使用交叉连接技术生成差分仪表放大器输出信号仪表放大器，在增益 = 100条件下测得的结果该电路的性能表现符合增益等式的描述。为了获得最佳性能，使用此电路时应采取一些预防措施。增益电阻的精度和漂移会增加仪表放大器的增益误差，因此要根据误差要求选择合适的容差。

由于仪表放大器的Rg引脚上的电容可能导致较差的频率性能，因此如果需要高频性能，应注意这些节点。此外，两个仪表放大器之间的温度失配会因失调漂移导致系统失调，因此在此应注意布局和负载。使用双通道仪表放大器，如 AD8222 ，有助于克服这些潜在的问题。

结 论

交叉连接技术保持仪表放大器的所需特性，同时提供附加功能。尽管本文讨论的所有示例都实现了差分输出，但在交叉连接电路中，输出的共模不会受电阻对失配的影响，与其他架构不同。因此，始终都能实现真正的差分输出。而且，如增益等式所示，差分信号衰减是可能存在的，这就消除了采用漏斗放大器的必要性，在以前，这是必不可少的。最后，输出的极性由增益电阻的位置决定（使用R2或R3），这为用户增加了更多的灵活性。