您剛剛購(gòu)買了帶有14位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這到底是什么意思？你能擺脫12位產(chǎn)品嗎？10位？您是否失態(tài)了，真的需要一個(gè)16位數(shù)據(jù)記錄儀？你知道“位”數(shù)越高越好，但“更好”多少才算好？本應(yīng)用筆記描述了一種根據(jù)您的具體情況來(lái)回答這些問(wèn)題的方法，而不是產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的概括性解釋。

首先，一些背景。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位值直接指其分辨率。這是指它對(duì)其滿量程測(cè)量范圍的切片程度，或者換句話說(shuō)，它理論上可以測(cè)量的輸入信號(hào)的最小變化（忽略噪聲）。以我們都熟悉為例，以 1/16 英寸校準(zhǔn)的尺子提供的分辨率是僅以整英寸校準(zhǔn)的另一把尺子的 16 倍。根據(jù)您要執(zhí)行的操作，更高的分辨率可能會(huì)矯枉過(guò)正，例如測(cè)量車道的長(zhǎng)度。但它可能會(huì)派上用場(chǎng)，以調(diào)整您正在建造的餐廳櫥柜的斜接接頭。同樣，高ADC分辨率有時(shí)很方便，有時(shí)也過(guò)分，但更難量化斷點(diǎn)的位置。你必須從基本信息開(kāi)始：

確定數(shù)據(jù)記錄器的滿量程輸入電壓范圍（如果使用放大器的輸入，則從放大器的輸入）;我們稱之為VD。一些數(shù)據(jù)記錄儀提供固定量程，而另一些則允許可變量程。確定以伏特為單位的范圍，并將其分配給變量VD。

確定要測(cè)量的信號(hào)的滿量程輸出電壓范圍;我們稱之為VS。即使您的信號(hào)源是測(cè)量扭矩、壓力、負(fù)載等的傳感器，它也具有分配給變量VS 的最大輸出信號(hào)幅度（以伏特（或毫伏）為單位）。請(qǐng)注意，某些傳感器具有4-20 mA的過(guò)程電流輸出。稍后我將在一個(gè)特殊示例中處理這個(gè)問(wèn)題。

確定VS在工程單位方面代表什么;我們稱之為E。在 10，000 psi 滿量程壓力下具有 20 mV 滿量程輸出的壓力傳感器為變量E 分配 10，000 的值。

注意ADC的位分辨率;我們稱之為N。

確定您的ADC配置為雙極性還是單極性范圍;我們稱之為B。如果數(shù)據(jù)記錄儀可以測(cè)量高于和低于零的信號(hào)，則具有雙極性范圍。它具有單極性范圍，如果只能測(cè)量高于或低于零的信號(hào)，但不能同時(shí)測(cè)量?jī)烧摺ｋp極設(shè)置B=1，單極設(shè)置B=0。

在為您的應(yīng)用組裝上述所有變量后，只需將它們代入公式1即可確定分辨率，這是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以以工程測(cè)量單位測(cè)量的最小變化。

等式 1

讓我們通過(guò)一些示例來(lái)工作。

例 1

說(shuō)明

數(shù)據(jù)記錄儀具有±10 V滿量程范圍（雙極性）和12位ADC分辨率。您正在連接具有 5 伏滿量程輸出的扭矩傳感器，滿量程時(shí)的額定值為 100 英尺-磅。

變量賦值

V D= 10VS= 5

E= 100

n= 12

B= 1

數(shù)據(jù)記錄器不會(huì)響應(yīng)小于0.098 ft-lbs的扭矩變化。

例 2

說(shuō)明

與示例1相同，不同之處在于ADC具有單極性測(cè)量范圍。

變量賦值

V D= 10VS= 5

E= 100

n= 12

B= 0

數(shù)據(jù)記錄器不會(huì)響應(yīng)小于0.049 ft-lbs的扭矩變化。

例 3

描述

您有一個(gè)100，000磅的稱重傳感器，表壓系數(shù)為1.98，連接到14位雙極性ADC之前的2 mV/V放大器。假設(shè)放大器的滿量程輸出范圍等于ADC的滿量程輸入范圍。

變量賦值

V D= 2VS= 1.98

E= 100，000

n= 14

B= 1

數(shù)據(jù)記錄儀不會(huì)響應(yīng)小于12.33磅的負(fù)載變化。請(qǐng)注意，由于我們假設(shè)放大器和ADC的滿量程輸入范圍匹配，因此我們只需要分別比較VD和VS的放大器和傳感器計(jì)因數(shù)。

例 4

描述

您需要測(cè)量范圍為 0 至 10 毫米的距離傳感器的 4-20 mA 過(guò)程電流輸出。您將使用一個(gè) 250 歐姆分流電阻器連接到具有 ±5 VFS 雙極性范圍的 12 位 ADC。

變量賦值

V D= 5VS= （5-1） = 4

E= 10

n= 12

B= 1

數(shù)據(jù)記錄器不會(huì)響應(yīng)小于0.0061 mm的距離變化。 使用歐姆定律 （V = I × R），我們可以確定分流器兩端的電壓范圍為 1 至 5 伏 （V = 0.004 × 250;V = 0.020 × 250）。這意味著只有 （5- 1） 或 4 伏可用于測(cè)量。

例 5

描述

1，000 psi 量程的壓力傳感器連接到 1，000 psi 時(shí)具有 1 V 滿量程輸出的放大器。該放大器連接到具有 ±10 V 滿量程雙極性范圍的 12 位 ADC。

變量賦值

V D= 10VS= 1 E= 1000

n= 12

B= 1

數(shù)據(jù)記錄儀不會(huì)響應(yīng)小于4.88 psi的壓力變化。

等式 2

假設(shè)您知道測(cè)量需要多大的分辨率，但不知道提供分辨率所需的ADC位規(guī)格。只需重新排列公式（1）即可求解n，即ADC的位分辨率。使用變量 R 來(lái)表示所需的分辨率，我們得到：

例 6

描述

壓力測(cè)量要求在 100 psi 滿量程范圍內(nèi)具有 0.10 psi 或更好的分辨率。如果我們將壓力信號(hào)放大到5 VFS并將其連接到具有±5 V滿量程雙極性范圍的ADC，則需要多大的ADC位分辨率？

變量賦值

V D= 5VS= 5

E= 100

n= ？

B= 1

R= 0.10

數(shù)據(jù)記錄儀需要具有11位或更好的分辨率，以提供0.10 psi的壓力分辨率。

最后，請(qǐng)始終記住，要獲得ADC分辨率的全部?jī)?yōu)勢(shì)，您必須匹配ADC和目標(biāo)信號(hào)的滿量程范圍。

審核編輯：郭婷