材料試驗機分檔的仔細了解

隨著技術的不斷發展前進，各種各樣的材料試驗機層出不窮，以下是濟南恒思盛大儀器有限公司對材料試驗機的分檔的詳細介紹。

　　以采用13位A/D進行七檔量程切換的情況及采用18位A/D不分檔的情況進行分析。在試驗機上一般的分檔是按照滿量程的100%、50%、20%、10%、5%、2%、1%進行分檔的。對于采用13位A/D的試驗機，各檔的分辨率都為各檔滿值的±1/4095(拉、壓雙向各等分為4095份)，以0.5級精度的試驗機為例，按照標準規定，其小的有效測量起始點的采樣碼應達到400碼，即約為各檔滿值的10%，按照以上原則采用分檔的試驗機其小檔的有效測量值為1%×10%=0.1%，而且各檔間的重疊又都大于各檔滿值的10%，所以總有效測量區間可達0.1%-100%。而對于18位A/D不分檔的情況，其分辨率為滿值的±1/131072，按照小有效測量點的采樣碼應達400碼的要求，其小點為滿值的(400/131072)×100%=0.3%。

    這樣正好符合試驗機相對精度定義的需求。眾所周知，在試驗機中試驗數據都來自于各種傳感器，而目前的傳感器基本上都是模擬傳感器，且輸出信號都很微弱，這種信號必須經過放大器放大后才能交由A/D轉換器轉換為數字量進行后期處理。分檔的本質就是將代表不同量程的傳感器輸出信號(當然輸出值也不相同)按照不同的放大倍數放大到一個統一的定值，再用這統一的定值表示不同的量程。以載荷為例：如果一支載荷傳感器它的滿值輸出為20mV，放大125倍后變為2.5V的A/D轉換器的滿值輸入，則2.5V就代表了載荷量程為滿量程，若將放大倍數增大10位變為1250倍，則當傳感器受力為滿值的1/10，即輸出為2mV時，放大器的輸出依然達到了2.5V的A/D轉換器的滿值輸入，此時載荷量程即為滿量程的1/10。由于放大器、傳感器的工作電源等是由各類電子元器件組成，它們不可避免的存在著各類失調與飄移，當電路確定后，這些失調與飄移也就隨之而定，它們基本不隨放大倍數的改變而改變。也就是說，放大器的滿值輸出2.5V是由兩部分組成，一部分是真實的反映實際測量的值，另一部分是一個基本恒定的固有值。當選擇小檔位時，這一固有值所對應的測量值就會按分檔比例相應的比例減小。例如：當2.5V對應100N時，0.1V的固有失調、飄移就會產生100×(0.1/2.5)=4N的誤差，但若選擇1/10檔位，即2.5V對應10N時，0.1V的固有失調、飄移只會產生10×(0.1/2.5)=0.4N的誤差。如果不分檔，則無論測量的數據值是大還是小，這一固有的誤差都不變，都是100×(0.1/2.5)=4N，因此對測量小信號不利。<BR>由于試驗機的精度要求為相對精度，這種精度對不同測量值下的允許誤差是不一樣的，測量值大時的允許誤差值大，測量值小時允許誤差值小。例如：同為0.5級的載荷值，當測量值為100N時，誤差值為100×0.5%=0.5N，當測量值為10N時，誤差值為10×0.5%=0.05N，分檔時的特點正好與此要求相一致。

2、材料試驗機分檔可以降低對傳感器的要求，提高整機的精度與可靠性。在一些特殊用途的試驗機上這是很重要的。常見的試驗機一般的采樣速度都不要求很高，大約在每秒幾十次到幾百次的范圍內，然而在一些特殊用途的場合，如碰撞類試驗、沖擊試驗、脆性材料的試驗等，要求的采樣速率很高，可達每秒幾千次至幾兆次。由于分檔類試驗機一般選擇較低位數的A/D，而這一類A/D的種類多，選擇面廣，有一類并行轉換結構的A/D，非常適合這一場合。對于不分檔類試驗機，由于采用高位A/D，而這類A/D基本都采用∑-△型轉換器，這類轉換器的轉換速率較低，且當增大轉換速率時會明顯的降低轉換精度。

3、分檔容易實現高速采樣。在一些特殊用途的試驗機上這是很重要的。常見的試驗機一般的采樣速度都不要求很高，大約在每秒幾十次到幾百次的范圍內，然而在一些特殊用途的場合，如碰撞類試驗、沖擊試驗、脆性材料的試驗等，要求的采樣速率很高，可達每秒幾千次至幾兆次。由于分檔類試驗機一般選擇較低位數的A/D，而這一類A/D的種類多，選擇面廣，有一類并行轉換結構的A/D，非常適合這一場合。對于不分檔類試驗機，由于采用高位A/D，而這類A/D基本都采用∑-△型轉換器，這類轉換器的轉換速率較低，且當增大轉換速率時會明顯的降低轉換精度。

這粗看好象是一個問題，但在第二項中已經談了，對試驗機而言，國標的規定為相對精度，它本身就需要小檔位的分辨率高，而大檔位的分辨率低，所以對于絕大多數的使用而言不是問題。例如：稱量一汽車煤炭，并不需要稱量到幾噸零幾克的值，而稱量黃金則必須達到千分之幾克。