材料試驗(yàn)機(jī)分檔的仔細(xì)了解

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展前進(jìn)，各種各樣的材料試驗(yàn)機(jī)層出不窮，以下是濟(jì)南恒思盛大儀器有限公司對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)的分檔的詳細(xì)介紹。

　　以采用13位A/D進(jìn)行七檔量程切換的情況及采用18位A/D不分檔的情況進(jìn)行分析。在試驗(yàn)機(jī)上一般的分檔是按照滿量程的100%、50%、20%、10%、5%、2%、1%進(jìn)行分檔的。對(duì)于采用13位A/D的試驗(yàn)機(jī)，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(jí)精度的試驗(yàn)機(jī)為例，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其小的有效測(cè)量起始點(diǎn)的采樣碼應(yīng)達(dá)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(yàn)機(jī)其小檔的有效測(cè)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(cè)量區(qū)間可達(dá)0.1%-100%。而對(duì)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(cè)量點(diǎn)的采樣碼應(yīng)達(dá)400碼的要求，其小點(diǎn)為滿值的(400/131072)×100%=0.3%。

    這樣正好符合試驗(yàn)機(jī)相對(duì)精度定義的需求。眾所周知，在試驗(yàn)機(jī)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)都來(lái)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(hào)都很微弱，這種信號(hào)必須經(jīng)過(guò)放大器放大后才能交由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行后期處理。分檔的本質(zhì)就是將代表不同量程的傳感器輸出信號(hào)(當(dāng)然輸出值也不相同)按照不同的放大倍數(shù)放大到一個(gè)統(tǒng)一的定值，再用這統(tǒng)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?yōu)?.5V的A/D轉(zhuǎn)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(shù)增大10位變?yōu)?250倍，則當(dāng)傳感器受力為滿值的1/10，即輸出為2mV時(shí)，放大器的輸出依然達(dá)到了2.5V的A/D轉(zhuǎn)換器的滿值輸入，此時(shí)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(diào)與飄移，當(dāng)電路確定后，這些失調(diào)與飄移也就隨之而定，它們基本不隨放大倍數(shù)的改變而改變。也就是說(shuō)，放大器的滿值輸出2.5V是由兩部分組成，一部分是真實(shí)的反映實(shí)際測(cè)量的值，另一部分是一個(gè)基本恒定的固有值。當(dāng)選擇小檔位時(shí)，這一固有值所對(duì)應(yīng)的測(cè)量值就會(huì)按分檔比例相應(yīng)的比例減小。例如：當(dāng)2.5V對(duì)應(yīng)100N時(shí)，0.1V的固有失調(diào)、飄移就會(huì)產(chǎn)生100×(0.1/2.5)=4N的誤差，但若選擇1/10檔位，即2.5V對(duì)應(yīng)10N時(shí)，0.1V的固有失調(diào)、飄移只會(huì)產(chǎn)生10×(0.1/2.5)=0.4N的誤差。如果不分檔，則無(wú)論測(cè)量的數(shù)據(jù)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(duì)測(cè)量小信號(hào)不利。<BR>由于試驗(yàn)機(jī)的精度要求為相對(duì)精度，這種精度對(duì)不同測(cè)量值下的允許誤差是不一樣的，測(cè)量值大時(shí)的允許誤差值大，測(cè)量值小時(shí)允許誤差值小。例如：同為0.5級(jí)的載荷值，當(dāng)測(cè)量值為100N時(shí)，誤差值為100×0.5%=0.5N，當(dāng)測(cè)量值為10N時(shí)，誤差值為10×0.5%=0.05N，分檔時(shí)的特點(diǎn)正好與此要求相一致。

2、材料試驗(yàn)機(jī)分檔可以降低對(duì)傳感器的要求，提高整機(jī)的精度與可靠性。在一些特殊用途的試驗(yàn)機(jī)上這是很重要的。常見(jiàn)的試驗(yàn)機(jī)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(nèi)，然而在一些特殊用途的場(chǎng)合，如碰撞類試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、脆性材料的試驗(yàn)等，要求的采樣速率很高，可達(dá)每秒幾千次至幾兆次。由于分檔類試驗(yàn)機(jī)一般選擇較低位數(shù)的A/D，而這一類A/D的種類多，選擇面廣，有一類并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的A/D，非常適合這一場(chǎng)合。對(duì)于不分檔類試驗(yàn)機(jī)，由于采用高位A/D，而這類A/D基本都采用∑-△型轉(zhuǎn)換器，這類轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率較低，且當(dāng)增大轉(zhuǎn)換速率時(shí)會(huì)明顯的降低轉(zhuǎn)換精度。

3、分檔容易實(shí)現(xiàn)高速采樣。在一些特殊用途的試驗(yàn)機(jī)上這是很重要的。常見(jiàn)的試驗(yàn)機(jī)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(nèi)，然而在一些特殊用途的場(chǎng)合，如碰撞類試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、脆性材料的試驗(yàn)等，要求的采樣速率很高，可達(dá)每秒幾千次至幾兆次。由于分檔類試驗(yàn)機(jī)一般選擇較低位數(shù)的A/D，而這一類A/D的種類多，選擇面廣，有一類并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的A/D，非常適合這一場(chǎng)合。對(duì)于不分檔類試驗(yàn)機(jī)，由于采用高位A/D，而這類A/D基本都采用∑-△型轉(zhuǎn)換器，這類轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率較低，且當(dāng)增大轉(zhuǎn)換速率時(shí)會(huì)明顯的降低轉(zhuǎn)換精度。

這粗看好象是一個(gè)問(wèn)題，但在第二項(xiàng)中已經(jīng)談了，對(duì)試驗(yàn)機(jī)而言，國(guó)標(biāo)的規(guī)定為相對(duì)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(duì)于絕大多數(shù)的使用而言不是問(wèn)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(dá)到千分之幾克。