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。這其實涉及信號采集的基本原理和設(shè)計選擇，主要原因如下：

1.電壓是模擬信號最通用的接口形式

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)化為電壓信號進行測量(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)的輸出信號最終都設(shè)計成電壓信號(如 0-5V, 0-10V, ±5V)或電流信號(如 4-20mA)。電流信號在長距離傳輸中抗干擾能力強，但最終在采集端(如PLC、DAQ卡、儀表)通常也需要通過一個精密采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，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)計就是用來接收電壓信號的。

無論你要測量的原始信號是什么(溫度、壓力、速度)，只要它被轉(zhuǎn)換成了電壓信號(無論是傳感器直接輸出，還是通過變送器、信號調(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.簡化接口與通用性

設(shè)計一個只接受電壓輸入的設(shè)備接口更簡單、成本更低、通用性更強。用戶可以通過外部電路(如分流電阻測電流、電橋測電阻/應(yīng)變)將其他類型的信號標(biāo)準(zhǔn)化為電壓信號輸入。

如果設(shè)備要直接支持多種信號類型(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、電阻測量的恒流源/電橋激勵源)。

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。

對于許多基礎(chǔ)型、經(jīng)濟型或?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，它指的是ADC能夠測量和數(shù)字化的電壓范圍，例如：

±10V

0 ~ +10V

±5V

0 ~ +5V

±1V

0 ~ +2.5V 等

這個量程定義了輸入電壓的最大值和最小值。超過這個范圍可能會導(dǎo)致測量不準(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

核心原因：ADC芯片本身只能測量電壓。

通用性：電壓是傳感器信號和ADC之間的通用接口。

設(shè)計簡化：僅支持電壓輸入簡化了設(shè)備設(shè)計，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。

信號轉(zhuǎn)換：測量非電壓信號(如電流、電阻)時，用戶或外部電路有責(zé)任在信號進入設(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”只有電壓選項時，并不意味著你只能測量電壓本身。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，將你想要測量的任何物理量(溫度、壓力、電流、電阻等)最終轉(zhuǎn)化為一個在設(shè)備規(guī)定電壓量程內(nèi)的信號，然后輸入到這個電壓測量端口。