輸入量程為什么只有電壓

關(guān)于“輸入量程為什么只有電壓”這個(gè)問題，通常出現(xiàn)在傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備(DAQ)或儀器儀表的配置中。這其實(shí)涉及信號(hào)采集的基本原理和設(shè)計(jì)選擇，主要原因如下：

1.電壓是模擬信號(hào)最通用的接口形式

基礎(chǔ)物理量：電壓是電學(xué)中最基礎(chǔ)、最直接的測(cè)量量之一。電流、電阻、電容、電感等許多電參量最終都可以轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量(例如通過歐姆定律 \(V = I \times R\)，電流流過已知電阻產(chǎn)生電壓)。

傳感器輸出：絕大多數(shù)物理量傳感器(溫度、壓力、光照、位移、加速度等)的輸出信號(hào)最終都設(shè)計(jì)成電壓信號(hào)(如 0-5V, 0-10V, ±5V)或電流信號(hào)(如 4-20mA)。電流信號(hào)在長距離傳輸中抗干擾能力強(qiáng)，但最終在采集端(如PLC、DAQ卡、儀表)通常也需要通過一個(gè)精密采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，才能被內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取。因此，電壓是ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的“通用語言”。

2.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的本質(zhì)是測(cè)量電壓

ADC芯片的核心功能就是將輸入的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。它的輸入引腳設(shè)計(jì)就是用來接收電壓信號(hào)的。

無論你要測(cè)量的原始信號(hào)是什么(溫度、壓力、速度)，只要它被轉(zhuǎn)換成了電壓信號(hào)(無論是傳感器直接輸出，還是通過變送器、信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換后輸出)，最終都要以電壓值的形式提供給ADC。

3.簡(jiǎn)化接口與通用性

設(shè)計(jì)一個(gè)只接受電壓輸入的設(shè)備接口更簡(jiǎn)單、成本更低、通用性更強(qiáng)。用戶可以通過外部電路(如分流電阻測(cè)電流、電橋測(cè)電阻/應(yīng)變)將其他類型的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化為電壓信號(hào)輸入。

如果設(shè)備要直接支持多種信號(hào)類型(如電壓、電流、電阻)，就需要：

內(nèi)部集成多路開關(guān)和不同的前端調(diào)理電路(如電流轉(zhuǎn)電壓的精密電阻、電阻測(cè)量的恒流源/電橋激勵(lì)源)。

更復(fù)雜的量程選擇和配置邏輯。

更高的成本和更大的體積。

對(duì)于許多基礎(chǔ)型、經(jīng)濟(jì)型或?qū)Ｗ⒂诟呙芏入妷翰杉脑O(shè)備，“僅支持電壓輸入”是一種常見且合理的設(shè)計(jì)選擇。

4.“量程”指的是ADC的輸入電壓范圍

當(dāng)設(shè)備規(guī)格書上說“輸入量程”時(shí)，它指的是ADC能夠測(cè)量和數(shù)字化的電壓范圍，例如：

±10V

0 ~ +10V

±5V

0 ~ +5V

±1V

0 ~ +2.5V 等

這個(gè)量程定義了輸入電壓的最大值和最小值。超過這個(gè)范圍可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確(飽和)甚至損壞設(shè)備。

用戶的責(zé)任：用戶需要確保連接到該輸入端的信號(hào)電壓(無論是傳感器直接輸出，還是經(jīng)過外部轉(zhuǎn)換后的電壓)落在這個(gè)規(guī)定的電壓量程之內(nèi)。如果傳感器輸出的是電流(如4-20mA)，用戶就需要在輸入端并聯(lián)一個(gè)合適的精密電阻(例如250Ω將4-20mA轉(zhuǎn)為1-5V)，并確保轉(zhuǎn)換后的1-5V電壓在該通道配置的量程(例如0-10V)范圍內(nèi)。

總結(jié)與關(guān)鍵點(diǎn)

核心原因：ADC芯片本身只能測(cè)量電壓。

通用性：電壓是傳感器信號(hào)和ADC之間的通用接口。

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化：僅支持電壓輸入簡(jiǎn)化了設(shè)備設(shè)計(jì)，降低了成本。

量程定義：“輸入量程”特指設(shè)備ADC輸入引腳允許的電壓范圍。

信號(hào)轉(zhuǎn)換：測(cè)量非電壓信號(hào)(如電流、電阻)時(shí)，用戶或外部電路有責(zé)任在信號(hào)進(jìn)入設(shè)備輸入端口之前，將其安全且準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換到設(shè)備指定的電壓量程范圍內(nèi)。

因此，當(dāng)你看到“輸入量程”只有電壓選項(xiàng)時(shí)，并不意味著你只能測(cè)量電壓本身。它意味著你需要通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅?、變送器或外部轉(zhuǎn)換電路，將你想要測(cè)量的任何物理量(溫度、壓力、電流、電阻等)最終轉(zhuǎn)化為一個(gè)在設(shè)備規(guī)定電壓量程內(nèi)的信號(hào)，然后輸入到這個(gè)電壓測(cè)量端口。