Л Кард | LP-04-M. Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов.

Предусилитель напряжения для тензомоста, термопары, токового шунта

Цена от 18 600 руб.

В наличии

Универсальный предусилитель напряжения сигнала полного тензомоста и полумоста, термопары, токового шунта, электродинамического микрофона, в компактном исполнении.

Выход предусилителя совместим как с дифференциальным входом, так и с входом с обшей землёй АЦП общего применения. Со стороны X2 также имеется вход двуполярного источника питания усилителя и отдельный однополярный вход питания ИОН.

Ширина полосы частот пропускания предусилителя 50 кГц, что даёт возможность его применения, в частности, в задачах исследования динамических процессов.

Возможности:

Совместим с большинством источников милливольтовых сигналов

Два переключаемых выходных напряжения 5 / 2,5 В источника опорного напряжения (ИОН) питания тензомоста

Совместим с АЦП E-502, E14-xxx, E-154, L-502, L-7xx, LTR11, LTR22, LTR24, LTR51, LTR210

Выход адаптирован для работы на длинный кабель

Полоса частот пропускания до 50 кГц

Индустриальное исполнение

Совместим по контактам разъёмов с LP-04

Корпус соответствует IP50

Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов

Технические характеристики

*Характеристики тракта предусилителя*
Количество каналов	1
Коэффициент усиления по постоянному напряжению (K_U)	100±0,6 (без учёта паспортного значения)
Отклонение K_Uотносительно паспортного значения	±0,07%
Температурная стабильность коэффициента передачи по напряжению	±60 ppm/ºС
Полоса частот пропускания дифференциального входного сигнала по уровню -3дБ	От 0 до 50 кГц (для низкоомного источника сигналов) От 0 до 0,153*10⁹/(3000+R_OD) Гц, где R_OD- выходное сопротивление дифференциального источника сигнала)
*Характеристики входов питания*
Рабочий диапазон напряжений (U_+VA) питания по входу +VA	От +5 В до +15 В
Рабочий диапазон напряжений (U_-VA) питания по входу -VA	От -15 В до -5 В
Рабочий диапазон напряжений питания (U_+VP) по входу +VP питания ИОН	От +4 В до +15 В (при напряжении ИОН +2,5 В) От +6,5 В до +15 В (при напряжении ИОН +5 В)
Ток покоя по входу питания +VA	Не более 2,6 мА (при ненагруженном выходе OUT+ и статическом выходном напряжении)
Ток покоя по входу питания -VA	Не более 2,6 мА (при ненагруженном выходе OUT+ и статическом выходном напряжении)
Потребляемый ток по входу питания +VP	Не более (0,7 мА + ток питания тензомоста).
Потребляемая мощность (без нагрузки), не более	0,15 Вт
Предельно допустимые напряжения на входах питания +VA, -VA	±36 В на входе +VA относительно -VA
Предельно допустимые напряжения на входах питания +VP	-36....+16 В на входе +VP относительно AGND
Устойчивость к неправильной полярности напряжения питания +VA, -VA, +VP	Имеется
*Входные характеристики предусилителя*
Тип входа (IN+, IN-, AGND)	Дифференциальный
Типичное эффективное значение шума в полосе частот пропускания, приведенное ко входу, при закороченном входе	1,6 мкВ
Коэффициент подавления синфазного сигнала	Не хуже 120 дБ на частоте 50 Гц
Диапазон напряжения синфазного сигнала (U_CM=0,5*(U_IN++U_IN-)	От (U_-VA+3,1) В до (U_+VA-2,9) В
Диапазон дифференциального сигнала U_DIFF=U_IN+-U_IN- при условиях: - U_-VA=-15 В, U_+VA=15 В - U_-VA, U_+VA в рабочем диапазоне - U_-VA, U_+VA в рабочем диапазоне при любом U_CM	От -0,12 В до +0,12 В при U_CMот -5 до +5 В От (U_-VA+3) / K_Uдо (U_+VA-3) / K_Uпри U_CM=0. Определяется по графику.
Типичное значение собственного входного тока	1 нА
Типичное значение разности входных токов	0,5 нА
Максимальное входное напряжение смещения (в полном температурном диапазоне )	±88 мкВ
Температурный коэффициент входного напряжения смещения, не более	0,4 мкВ/ºС
Входное сопротивление	> 1 ГОм (синфазное и дифференциальное)
Предельно допустимое входное напряжение на IN+, IN- относительно AGND	±25 В
*Выходные характеристики предусилителя*
Типы выхода	1) Выход напряжения "с общей землёй". 2) Выход напряжения дифференциальный с ложной второй фазой
Выходное сопротивление при подключении "с общей землёй"	50 Ом
Выходное сопротивление дифференциального сигнала	100 Ом
Выходной диапазон напряжений (OUT+ относительно OUT-, OUT+ относительно AGND) без нагрузки на выходе (максимальное нижнее значения и минимальное - верхнее)	(U_-VA +2,7) ....+ (U_+VA-2,2)
Типичное значение выходного тока короткого замыкания по выходу OUT+	65 мА
Устойчивость к короткому замыканию выхода OUT+	Обеспечивается
*Характеристики выхода ИОН*
Напряжение опорное (U_ИОН) при температуре 25 ºС, без нагрузки	2,5 ± 0,012 В или 5,0 ±.0,012 В (переключаемое)
Температурная стабильность опорного напряжения без нагрузки	Не хуже 25 ppm/ºС
Рабочий выходной ток	До 25 мА
Влияние нестабильности напряжения на +VP	20 ppm/В
Влияние тока нагрузки (до 25 мА)	20 ppm/мА
Мощность, рассеиваемая на ИОН	До 0,1 Вт
Защита от перегрузки ИОН и короткого замыкания выхода	Тепловая, самовосстанавливающаяся
Минимально допустимое сопротивление цепи датчика: - при U_ИОН= 5 В и +VP = 9 В - при U_ИОН= 2,5 В и +VP = 9 В - при U_ИОН= 5 В и +VP = 15 В - при U_ИОН= 2,5 В и +VP = 15 В - при других U_ИОНи +VP	200 Ом 153 Ом 480 Ом 303 Ом Оценивается по формулам
*Характеристики конструкции*
Разъемы, входной и выходной	РС-7 (Ответные разъемы прилагаются (2 шт.))
Конструктив	Металлический корпус диаметром 18 мм, длиной 70 мм
Масса, не более	20 г. (без ответных частей разъёмов)
Степень защиты оболочки	IP50
*Условия эксплуатации*
Рабочий температурный диапазон	-40....+60 °С
Исполнение	Индустриальное

Модификации и варианты исполнения

Доступны к штучному заказу
LP-04-M	Цена 18 600.00 руб., в т.ч. НДС 20% Предусилитель напряжения для тензомоста, термопары, токового шунта: до 50 кГц, 1 канал. Поверка не предусмотрена

Инсталляция и настройка

При установке предусилителя рекомендуется кабели от разъёмов X1, X2 не прокладывать вместе. .

Предусилитель (и особенно кабель от разъёма X1) не рекомендуется располагать вблизи источников сильных электромагнитных полей.

В общем случае, возможно располагать источник питания как на стороне предусилителя, так и на стороне АЦП (включая случай питания от АЦП), однако, от расположения источника питания может зависеть схема подключения.

Устройство и принцип работы

Функциональная схема предусилителя LP-04-M

На схеме стрелками показаны входные и выходные цепи предусилителя, жирной линией выделена цепь общего провода предусилителя

X1 – Разъём подключения кабеля датчика:
X2 – Разъём подключения кабеля АЦП и источника питания.
A1 – Инструментальный усилитель.
A2 – Источник опорного напряжения (ИОН).
R1, R2 – Резисторы делителя напряжения 1:2 на выходе ИОН.
R3, R4 – Согласующие резисторы в выходной цепи предусилителя.

Назначение цепей на разъёме X1:

AGND – цепь общего провода;
IN+, IN- – неинвертирующий и инвертирующий входы предусилителя соответственно (совместно с AGND образуют дифференциальный вход);
UREF – выход ИОН (2,5 / 5 V);
1/2UREF – выход делителя напряжения 1:2 ИОН;
SET5V – вход управления номинальным напряжением ИОН: 2,5 V (когда SET5V не подключён), 5 V (когда SET5V подключён к AGND)

Назначение цепей на разъёме X2:

AGND – цепь общего провода;
+VA, -VA – вход питания усилителя A1 от 2-полярного источника питания с общим проводом – AGND;
+VP – вход питания ИОН (A2);
OUT+, OUT- выходные цепи предусилителя (OUT+, AGND образуют выход напряжения с общей землёй; OUT+, OUT- , AGND образуют дифференциальный выход напряжения с ложной второй фазой).

ИОН предназначен для питания тензомостов стабильным напряжением. Если ИОН не используется, то для снижения мощности потребления предусилителя рекомендуется цепь +VP не подключать.

Прецизионный делитель напряжения R1, R2 с выходом 1/2ИОН предназначен для дополнения внешних полумостовых схем тензодатчиков до полномостовой.

Когда напряжение питания +VP на ИОН не подано, при замыкании цепей UREF и AGND выход 1/2ИОН можно использовать как прецизионный вход нагрузки 5 кОм относительно AGND в различных схемах подключения входной цепи.

Диапазоны сигналов в зависимости от напряжения питания.

На графике ниже обозначены области, ограничивающие по оси X мгновенное выходное напряжение на OUT+, по оси Y – мгновенное синфазное напряжение на дифференциальных входах IN-, IN+, в зависимости от напряжения питания усилителя. Входное дифференциальное напряжение на входах IN-, IN+ для каждой точки внутри соответствующей области на графике определяется как 1/100 от напряжения на выходе OUT+. Область внутри обозначенных границ соответствует рабочему линейному режиму усилителя, область за границами соответствует нерабочему режиму, в котором возможны проявления нелинейных эффектов.

Ток потребления по цепям питания +VA, -VA.

Ток потребления по цепям питания +VA, -VA зависит от тока в цепи нагрузки OUT+. В примерах схем подключения выходной цепи к АЦП общего применения ток в цепи нагрузки зависит от ёмкости кабеля, амплитуды и частоты выходного сигнала. В данной случае нагрузкой по постоянному току можно пренебречь, поскольку АЦП общего применения имеют высокоомный вход. Зависимость тока потребления I_VA[A] по цепям питания +VA, -VA для входного синусоидального сигнала и ёмкостной нагрузки можно оценить по формуле:

I_VA= (100*U_DIFF/R_X) + 0,0026,

где I_VA - ток потребления [A]; U_DIFF- амплитуда входного дифференциального сигнала [В]; R_X- характеристическое сопротивление [Ом], зависящее от частоты и ёмкости кабеля согласно графику, приведённому ниже.

{здесь будет график}

Ток потребления по цепи питания VP.

Ток потребления I_VP узла ИОН [А] с учётом сопротивления подключенного тензомоста оценивается по формуле:

I_VP = U_ИОН * (20000+R_Н) / (20000*R_Н)

где U_ИОН - напряжение на выходе ИОН 2,5 В или 5 В; R_Н- сопротивление тензомоста [Ом].

Мощность рассеяния ИОН.

Теплозащита узла ИОН ограничит его выходной ток при перегреве (принцип срабатывания - обратимый). Увеличение температуры внутреннего узла ИОН на 15-20 °С по отношению к температуре корпуса LP-04-М произойдёт при расчётном значении мощности рассеяния 0,1 Вт внутренним узлом ИОН. Это значение мощности (с учётом верхней границы рабочего диапазона температур окружающей среды +60°С ) примерно описывает границу рабочего режима LP-04-М, при превышение которой выходной ток ИОН может ограничиваться. Мощность P рассеяния ИОН [Вт] оценивается по формуле:

P= I_VP*(U_VP - U_ИОН - 0,4),

где I_VP- ток потребления узла ИОН (рассчитывается по предыдущей формуле); U_VP- напряжение, поданное на вход питания +VP; U_ИОН - напряжение на выходе ИОН 2,5 В или 5 В.

Для снижения мощности, рассеиваемой ИОН, эффективной мерой является понижение напряжения питания U_VP не ниже (минимального рабочего значения).

Эквивалентная схема входной цепи.

Ниже приведена эквивалентная электрическая схема входной цепи в рабочем режиме LP-04. Схниа может быть полезна для оценки влияния входа предусилителя на источник сигнала.

Подключение сигналов, примеры подключения

Разъёмы LP-04-M

(вид со снятыми кабельными частями)

№ конт.	Цепь	Назначение
1	½UREF	Выход делителя напряжения 1:2 ИОН
2	UREF	Выход ИОН (2,5 / 5 В)
3	AGND	Цепь общего провода
4	AGND	Цепь общего провода
5	SET5V	Вход управления номинальным напряжением ИОН:
6	IN+	Неинвертирующий вход
7	IN-	Инвертирующий вход
№ конт	Цепь	Назначение
1	+VP	Вход питания ИОН (A2)
2	+VP	Вход питания ИОН (A2)
3	-VA	Вход отрицательного напряжения питания усилителя
4	AGND	Цепь общего провода
5	+VA	Вход положительного напряжения питания усилителя
6	OUT+	Выход "+" усилителя
7	OUT-	Выход "-" усилителя

Все цепи разъёмов X1, X2 изолированы относительно корпуса LP-04-M.

Предупреждения:

Кабельные части разъёмов PC7, входяшие в комплект поставки, требуют паяных соединений проводов сечением не более 0,5 мм².
Если со стороны разъёма X1 подключен не изолированный датчик или измерительная цепь заземлена, то при отсутствии гальваноразвязки у подключенного оборудования со стороны разъёма X2 следует принимать специальные меры для предотвращения сквозных токов по цепи общего провода (AGND).
Для правильной работы предусилителя входы IN+, IN- всегда должны быть подключены к цепи протекания постоянного тока (для АС-источников сигналов, находящихся "в обрыве" по постоянному току, см. примеры подключения 1.8 , 1.9).

Типичные подключения к разъёму X1

Пример обозначения при описании схем: "X1/3" означает 3-ий контакт разъёма X1. Аналогично для контактов с 1-го по 7-ой разъёмов X1, X2.

1.1. Полный тензомост

ИОН задействуется для питания тензомоста:
UREF = 2,5 V, если X1/3 – X1/5 разомкнуты;
UREF = 5 V, если X1/3 – X1/5 замкнуты.
Красными стрелками показана деформация тензорезисторов на сжатие-растяжение для получения положительного напряжения реакции на OUT+.

На схеме показана парность цепей от тензомоста, которые требуют симметричной прокладки (витыми парами).

1.2. Тензометрический полумост

ИОН задействуется для питания тензомоста:
UREF = 2,5 V, если X1/3 – X1/5 разомкнуты;
UREF = 5 V, если X1/3 – X1/5 замкнуты.

Красными стрелками показана деформация тензорезисторов на сжатие-растяжение для получения положительного напряжения реакции на OUT+.

Подключение цепи датчика должно быть экранированным (на схеме экран не показан).

1.3. Термопара

Цепь +VP (X2 /1, X2 / 2) оставить неподключенной!
В данной схеме ИОН не задействуется и его выход замкнут.

Cоединение цепи X1/1 должно быть сделано внутри кожуха кабельной части X1.

Данная схема применима в случае относительного постоянства температуры предусилителя, в противном случае необходимо измерять температуру корпуса предусилителя (например, с помощью RTD-датчика) для компенсации температуры холодного спая. Также необходима тарировка начального смещения нуля предусилителя.

См. также ниже пример с измерением температуры холодного спая.

1.4. Заземлённый токовый шунт

Подключение заземлённого токового шунта (типично для диапазона напряжений шунта ±75 мВ).
В данной схеме ИОН не задействован .
Цепь +VP (X2 /1, X2 / 2) оставить неподключенной.

1.5. Источник тока 10 мкА

При данном подключении входное сопротивление усилителя выдерживается с хорошей точностью (5 кОм ± 0,1%), поэтому данный вход можно рассматривать как вход тока с микроамперным диапазоном измерения.

ИОН не задействован и его выход замкнут. Цепь +VP (X2 /1, X2 / 2) оставить неподключенной!

1.6. Источник напряжения сигнала “с общей землёй” к высокоомному входу

Общий случай подключения источника напряжения сигнала U “с общей землёй” к высокоомному входу IN+.
ИОН не задействован

1.7. Источник напряжения сигнала “с общей землёй” к низкоомному входу

Подключение источника напряжения сигнала U “с общей землёй” с
входным сопротивление IN+ по постоянному току 5 кОм. Вход измерения

ИОН не задействован и его выход замкнут. Цепь +VP (X2 /1, X2 / 2) оставить неподключенной!

При данном подключении входное сопротивление усилителя выдерживается с хорошей точностью (5 кОм ± 0,1%).

1.8. Источник напряжения сигнала “с общей землёй” по переменному току (АС)

Подключение источника напряжения сигнала U “с общей землёй” с АС-выходом (по переменному току).

ИОН не задействован и его выход замкнут. Цепь +VP (X2 /1, X2 / 2) оставить неподключенной!

Нижняя частота полосы частот пропускания (по уровню -3 дБ), Гц, равна 1/(6,28*5000*C), где С-ёмкость цепи датчика [Ф].

1.9. Источник напряжения сигнала “с общей землёй” по переменному току (АС) с внешним резистором нагрузки

Подключение источника напряжения сигнала U “с общей землёй” с АС-выходом (по переменному току).

ИОН не задействован и его выход замкнут. Цепь +VP (X2 /1, X2 / 2) оставить неподключенной!

Нижняя частота полосы частот пропускания (по уровню -3 дБ), Гц, равна 1/(6,28*R₁*C), где С-ёмкость цепи датчика [Ф], R₁ – сопротивление внешнего резистора.

1.10. Симметричный изолированный дифференциальный источник напряжения сигнала

Симметричное подключение изолированного дифференциального источника напряжения Приведён пример подключения источника дифференциального напряжения сигнала Ud (показан пунктиром) и, в частном случае, индукционного датчика L со средней точкой. Возможно, индукционный датчик ещё потребует сопротивления нагрузки, включенного между X1/6 и X1/7 (на схеме не показан).

Цепи, подключенные к IN+, IN-, рекомендуется вести витой парой.

ИОН не задействован.

1.11. Симметричный изолированный 2-проводный источник напряжения сигнала

Симметричное подключение изолированного симметричного 2-проводного источника напряжения сигнала (индукционный датчик, выход трансформатора). R1, R2 должны быть расположены на стороне предусилителя.

Цепи, подключенные к IN+, IN-, рекомендуется вести витой парой.

ИОН не задействован.

1.12. Симметричный изолированный дифференциальный источник напряжения сигнала по переменному току

Симметричное подключение изолированного дифференциального источника напряжения сигнала Ud по переменному току (через конденсаторa С1, C2). Нижняя частота полосы пропускания (по уровню -3 дБ) равна 1/(6,28*R*C), где С=C1=C2- ёмкость [Ф], R=R1=R2 - cопротивление [Ом].

Цепи, подключенные к IN+, IN-, рекомендуется вести витой парой.

Типичные подключения к разъёму X2 выходной сигнальной цепи

2.1. Дифференциальный вход АЦП

Это наилучшая (по достижимому соотношению сигнал-помеха ) схема соединения LP-04-M с АЦП, использующая дифференциальную цепь подключения (с парной цепью, подключенной к OUT+, OUT)-.

При подключения АЦП с коммутацией каналов в многоканальном режиме оптимальное волновое сопротивление дифференциальной пары должно быть 100 Ом. Это важно для минимизации коммутационно эффекта.

2.2. Псевдодифференциальный вход АЦП

Эту схему обычно применяют только тогда, когда при подключении к одному АЦП с коммутацией каналов нет возможности подключить по дифференциальной схеме (п.2.1).

Экранирование в данной схеме обязательно. Желательно применение кабеля с волновым сопротивлением (по цепи OUT+) 50 Ом.

2.3. Вход АЦП с общей землёй

Цепь GND32 существует только в случае 32/16-канального АЦП с входным коммутатором каналов.

E-154 роль входных цепей X(Y) выполняют цепи ADC1...ADC8.

В E20-10 роль входных цепей X(Y) выполняют цепи соответствующего разъёма Analog.

По аналогичной схеме могут быть подключены модули LTR51, LTR210.

Типичные подключения к разъёму X2 цепей питания

3.1. 2-полярный источник питания

Обеспечьте схождения цепей в точке А.
При необходимости, точка А должна явиться точкой подключения сигнального заземления системы или точкой объединения общих проводов в многоканальной системе.

При подключении предусилителя к LTR в качестве двуполярного источника питания можно использовать модуль LTR00.

Для всех не тензометрических применений, где не используется ИОН, рекомендуется не подключать +VP для экономии тока потребления.

3.2. Раздельное питание узлов усилителя и ИОН

Условия применения отдельного источника питания U₃ c пониженным напряжением питания ИОН по цепи +VP объяснены в разделе Мощность рассеяния ИОН.

3.3. Питание от АЦП

В данной схеме ток питания предусилителя не должен превышать максимальный ток нагрузки соответствующиъ цепей питания АЦП.
При выполнения данного условия можно подключить LP-04-М к АЦП:
E-154 (напряжение питания ±8 В),
E14-140-М (напряжение питания ±15 В),
LTR22 (напряжение питания ±15 В),
LTR24-1 (напряжение питания ±15 В).

3.4. Питание от АЦП с понижением напряжения питания

В данной схеме ток питания предусилителя не должен превышать максимальный ток нагрузки соответствующиъ цепей питания АЦП.

На схеме показаны стабилитроны D1, D2, D3, понижающие напряжения в соответствующих цепях питания предусилителя, если возникает такая необходимость (см. примечания 1 - 3 снизу).

Примечания:

Условия возникновения необходимости понижения напряжения питания по цепи +VP описаны в разделе Мощность рассеяния ИОН.
Необходимость понижения напряжения питания по цепям +VA, -VA может возникнуть, если стоит задача не превышать входной дипазон АЦП (например, ±10 В при напряжении питания предусилителя ±15 В от АЦП) даже в случае возникновения условий, вызывающих максимальные напряжения на выходе предусилителя, приближающиеся к границам его напряжений питания (-VA, +VA). Задача при любых условиях "не превышать входной дипазон АЦП" может возникнуть, например, для многоканального режима АЦП с входным коммутатором каналов (у данных АЦП может значительно расти межканальное влияние при превышении программно установленного рабочего диапазона измерения АЦП).
Могут быть применены стабилитроны, например, серии BZX55 (с соответствующим напряжением стабилизации, равным напряжению, на которое нужно понизить напряжение питания предусилителя, могут быть смонтированы внутри кожуха сигнального разъёма со стороны АЦП.

Полезные решения.

4.1. Подключение термопары (TP) с измерением температуры "холодного спая" c помощью RTD-датчика.

Данное подключение RTD датчика эквивалентно подключению к источнику напряжения 2,5 В через прецизионный резистор 5 кОм ± 0,1%. Используется внутренний ИОН с выходным напряжением 5 V. R1 - резистор 10 кОм мощностью 0,125 или меньше (на стороне предусилителя). Датчик RTD (c номинальным сопротивлением несколько кОм) должен измерять температуру "холодного спая".

Российский производитель и разработчик сертифицированного измерительного оборудования с 1987 года