儀器使(shi)用時，999久㊙️久久精品国产消防器材🌈爲什麽要選(xuǎn)擇合适的量程？
許多人認爲大量(liàng)程可測量的範圍(wei)很大，大小信号💋都(dōu)可💰以💋兼♻️顧，因此在(zai)很多情況下都優(you)先選擇較大的量(liang)💚程進行測㊙️量，或者(zhě)不注意選擇，直接(jiē)默認設置，如此使(shi)用時，儀器測量的(de)值依然能正🤞常顯(xian)示，看起來數值也(yě)似乎還算🔱準确。那(na)到底這樣使用有(you)什麽問題呢，下面(miàn)以一台功率分析(xi)儀來舉例。
圖1 所示是(shi)緻遠電子PA8000和PA5000功率(lǜ)分析儀5A功率闆卡(ka)的測🌈量精度💯，我們(men)♉以此爲例。在給出(chu)的精度值中，儀器(qì)的精度指标标示(shi)♌爲“%讀數+%量程”，絕大(dà)多數測量設備亦(yì)是這樣标注的，以(yi)45-66Hz的頻率段來㊙️說，PA8000精(jīng)度爲“0.01%+0.03%”，PA5000精度爲0.10%+0.05%，這💘意(yi)味着使用1000V量程測(ce)量800V的信号🐆時，最壞(huài)情況下PA8000誤差🏃♂️爲0.01%*800V+0.03%*1000V=0.38V，PA5000爲(wei)1.3V，對于800V的信号這樣(yàng)的誤差微乎其微(wei)。
但是如果使用1000V量(liang)程測量10V信号，PA8000最大(dà)誤差爲0.301V，而PA5000将達到(dao)0.51V，這樣的誤差相對(duì)于10V信号來說已比(bǐ)較大。對于使用者(zhě)來說考慮的是測(cè)量值與實際值之(zhi)間的誤差👄，但是對(dui)于測量儀器來說(shuo)大量🚩程時的🔴固有(yǒu)誤差将會使其測(cè)量小信号時的誤(wu)差顯著增加，可能(néng)會帶來使用者不(bú)希望看到的結果(guǒ)。
出現這種情況的(de)原因首先是由測(ce)量設備内部的⚽ADC産(chǎn)生的量♋化誤差引(yin)起的，假設測量設(she)備内部包含一個(gè)11位的ADC，ADC共有211=2048個有🔴效(xiào)位💞，在1000V的量程（峰峰(fēng)值）下，考慮最大±1000V的(de)輸入共2048個有效位(wei)，則由于不可避免(miǎn)的噪聲的影響，ADC每(měi)跳動一個最小單(dān)位1LSB，産生的量化誤(wu)差大約會有2000V/2048≈1V。
如果(guo)使用該量程測量(liang)10.3V這樣的信号，很顯(xiǎn)然單次ADC取樣的最(zui)小🛀分辨率已無法(fǎ)識别0.3V這樣刻度（在(zài)圖2的量化示意圖(tú)中0.3V處在兩個刻度(du)中間），當然無法測(ce)得正确的值。如果(guo)無規則噪聲的峰(feng)值能大于1LSB時，多次(ci)采樣取平均值後(hou)可以提高測量系(xi)統的有效位數，但(dàn)這樣的因素不在(zài)我們考慮的範圍(wei)之内。
這樣說來似(sì)乎高位數的ADC可顯(xian)著降低量化誤差(cha)，但🏃♀️遺憾的是高位(wèi)數和高采樣率是(shì)一個矛盾，因爲高(gāo)帶寬會帶來更高(gāo)的⭐噪聲，同時在現(xian)有的ADC制作工藝和(he)架構的限制之下(xia)，高🧑🏽🤝🧑🏻采樣率的ADC很難(nan)同時做到高有效(xiao)位數✉️。如我們的㊙️PA8000和(he)PA5000希望在5MHz的帶寬下(xia)提供2Mbps的采樣率，如(ru)此高的帶寬情況(kuang)🌈下将難以把有效(xiao)位數提高到18位以(yǐ)上，因此我們的PA8000使(shǐ)用了18位、2Mbps采樣率的(de)ADC來減少量化誤差(chà)。
圖2 量化示意圖
另一(yi)個不可忽視的問(wen)題是模拟電路本(ben)身所帶來的🈲噪聲(shēng)、失調和增益誤差(chà)的影響，如圖3所示(shi)簡化的電壓測量(liàng)電路，第一⛷️張圖🔱爲(wèi)1000V量程的測量通路(lù)，最高輸入電壓1000V時(shi)通過衰減電路會(hui)🌐輸出1V電壓，放大電(diàn)路不放大，跟随電(diàn)壓後送入ADC進行㊙️采(cai)樣。
如果輸入10V時衰(shuāi)減電路隻能輸出(chu)0.01V的電壓，首先如此(ci)小的信📱号🏃疊⁉️加噪(zao)聲後會對信号本(běn)身産生很大影響(xiang)，其次由于放大電(diàn)路（運放）的失調和(he)增益誤差的🤩影響(xiang)，哪怕隻産生0.1mV的失(shi)調和增益誤差都(dōu)會對0.01V的有效信号(hào)産生很大的✔️誤差(cha)。在儀器的出廠前(qián)會對這📞些誤差進(jìn)行校準以消除固(gù)有的偏差，不過因(yīn)使用過程中溫度(du)和💚老化的影響這(zhe)些值會發生變化(huà)，在标示儀器的精(jing)度指标時會留有(yǒu)一🔴定的餘量以确(que)保儀器處在可保(bǎo)證的精度内，但是(shì)如果用大量程去(qù)測量小👨❤️👨信号時溫(wen)度和老化産生的(de)影響将無法得到(dào)保證。
在測量較小(xiǎo)信号時應使用圖(tu)3第二張所示的電(diàn)路，首先衰減電🛀🏻路(lù)進行較小倍數的(de)衰減，10V輸入時衰減(jiǎn)電路🏃🏻輸出😘0.1V，然後🔱放(fang)大電路将有效信(xìn)号放大10倍到1V送入(rù)ADC取樣。這樣的處理(li)方式将會🥰顯著減(jiǎn)少噪聲、失調和增(zeng)益誤差的影響，在(zài)包含小量程的測(ce)📧量設備中💁通常會(hui)采用這樣的方式(shì)或等效的方♋式進(jìn)行處理。
圖3 電壓測(ce)量電路
基于相同(tóng)原因各種類型的(de)傳感器時亦會存(cún)在相同的問題🔴，這(zhe)些傳感器内部也(yě)會包含各種衰減(jiǎn)和放大電路。使用(yòng)傳感器時，其内部(bù)産生誤差在信号(hao)♍接近其🥰标示的輸(shu)入值👅時誤差是可(kě)保證的，但是當❤️信(xìn)号遠小🍓于其标稱(chēng)值時其内☀️部噪聲(shēng)、失調和增益誤差(cha)對輸入信号的影(yǐng)響🤩将會大大增加(jia)，從未帶來不可預(yù)測的誤差。
因(yin)此在使用測量設(shè)備或傳感器時，尤(you)其是高精度的設(she)備如功率分析儀(yí)時，應充分考慮這(zhè)些因素影響。一般(ban)情況下⚽我們不推(tui)薦使用大量程測(ce)量小信号，如果希(xī)望在信号波動時(shí)減小這些因素的(de)影響可以選擇使(shi)用”Auto”量程，但這樣使(shi)用時儀器内部會(huì)需要一定的時間(jiān)切換和判斷量程(cheng)是否合适，自動量(liang)程會存在數據丢(diu)失，容易被毛⛹🏻♀️刺幹(gan)擾引起量程跳動(dong)。
在我們選擇測量(liang)設備時也應遵循(xun)合适的才是最🤩好(hao)🙇🏻的原🐉則，如非必要(yào)，不要選擇可測量(liang)信号範圍遠大于(yu)待測信号的設備(bèi)，如在選擇我們的(de)功率分析儀的闆(pǎn)卡時不測量大于(yú)5A的信号時應優先(xian)選擇5A闆卡而非50A闆(pan)卡，選擇電🐕流傳感(gǎn)器時應選擇大于(yu)待測信号時最接(jie)近待測信号的電(dian)流傳感器。