تصور کنید که یک دیتالاگر یا سیستم جمعآوری دادهها با یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) 14 بیتی خریدهاید. این عدد یعنی چه؟ آیا میتوانستید از یک محصول ۱۲ بیتی یا حتی ۱۰ بیتی استفاده کنید؟ آیا اشتباهی مرتکب شدهاید و واقعا به یک دیتالاگر ۱۶ بیتی نیاز دارید؟ به طور کلی، هرچه عدد “بیت” بالاتر باشد، بهتر است، اما چقدر بهتر است؟ در این متن به روشی خواهیم پرداخت که به شما کمک میکند با توجه به شرایط خاص خود، به این سوالات پاسخ دهید، به جای جزییات عمومی که معمولاً در بروشورهای محصولات ارائه میشود.
مقدمهای بر دقت تبدیل آنالوگ به دیجیتال
به طور کلی، عدد بیت مبدل آنالوگ به دیجیتال به دقت آن اشاره دارد. به زبان ساده، دقت به این معنی است که این مبدل چقدر میتواند بازه اندازهگیری خود را تقسیمبندی کند یا به عبارتی، کوچکترین تغییری که میتواند در سیگنال ورودی اندازهگیری کند چقدر است (بدون توجه به نویز).
برای روشنتر شدن این موضوع، فرض کنید که یک خطکش با تقسیمبندیهای ۱/۱۶ اینچ دارید که دقت بیشتری نسبت به خطکشهایی با تقسیمبندیهای یک اینچی دارد.
با توجه به اینکه شما چه کاری میخواهید انجام دهید، دقت بالاتر ممکن است غیر ضروری باشد، مانند اندازهگیری طول driveway شما. اما ممکن است در اندازهگیری زوایای مکرر کابینت آشپزخانه شما مفید باشد.
به همین ترتیب، دقت بالای ADC گاهی مفید است و گاهی نیز غیر ضروری است، اما مشخص کردن نقطههای عطف دشوار است.
بنابراین، باید با اطلاعات پایهای شروع کنید.
مراحل تعیین دقت مورد نیاز
- تعیین محدوده ولتاژ ورودی کامل دیتالاگر: برای این کار میتوانید از ورودی آمپر (در صورت استفاده) استفاده کنید و این مقدار را VD نامگذاری کنید. برخی دیتالاگرها دارای محدودههای ثابت هستند و برخی دیگر گزینههای محدوده متغیر را ارائه میدهند.
- تعیین محدوده ولتاژ خروجی کامل سیگنالی که میخواهید اندازهگیری کنید: این مقدار را VS نامگذاری کنید. حتی اگر منبع سیگنال شما یک ترانسدیوسر باشد که گشتاور، فشار، بار و … را اندازهگیری میکند، مقدار حداکثر خروجی آن به ولت (یا میلی ولت) تخصیص داده میشود.
- تعیین آنچه VS در واحدهای مهندسی نمایندگی میکند: این مقدار را E نامگذاری کنید. برای مثال، یک حسگر فشار با خروجی حداکثر ۲۰ میلیولت برای فشار کامل ۱۰,۰۰۰ psi، مقدار ۱۰,۰۰۰ را به E تخصیص میدهد.
- یادداشت کردن دقت بیت ADC: این مقدار را n نامگذاری کنید.
- تعیین اینکه آیا ADC شما بهصورت دو قطبی یا تک قطبی تنظیم شده است: این مقدار را B بنامید. اگر دیتالاگر شما میتواند سیگنالهایی بالای صفر و زیر صفر را اندازهگیری کند، دارای محدوده دو قطبی بوده و B=1 است. اگر فقط میتواند سیگنالهای بالای صفر یا زیر صفر را اندازهگیری کند، دارای محدوده تک قطبی بوده و B=0 است.
بعد از اینکه همه متغیرهای فوق را برای کاربرد خود جمعآوری کردید، به سادگی آنها را در معادله ۱ قرار دهید تا دقت، یا کوچکترین تغییر که سیستم جمعآوری دادهها میتواند اندازهگیری کند را در واحد اندازهگیری مهندسی خود محاسبه کنید.
مثالها
مثال ۱
- توصیف: شما یک دیتالاگر با محدوده ولتاژ کامل ±۱۰ ولت (دو قطبی) و دقت ۱۲ بیت دارید و به یک ترانسدیوسر گشتاور دارای خروجی حداکثر ۵ ولت با اندازهگیری کامل ۱۰۰ فوت-پوند متصل شدهاید.
- متغیرها:
- VD = 10 VS = 5
- E = 100
- n = 12
- B = 1
در این حالت، دیتالاگر شما قادر به پاسخگویی به تغییرات گشتاور کمتر از ۰.۰۹۸ فوت-پوند نخواهد بود.
مثال ۲
- توصیف: شما یک سلول بار با ظرفیت ۱۰۰۰۰۰ پوند و ضریب گیج ۱.۹۸ به یک تقویتکننده ۲ میلیولت بر ولت متصل کردهاید و به یک ADC دو قطبی ۱۴ بیتی متصل میشود. فرض کنید که خروجی کامل تقویتکننده برابر با ورودی کامل ADC است.
- متغیرها:
- VD = 2
- VS = 1.98
- E = 100000
- n = 14
- B = 1
در این مثال، دیتالاگر شما قادر به پاسخگویی به تغییرات بار کمتر از ۱۲.۳۳ پوند نخواهد بود.
مثال ۳
- توصیف: یک اندازهگیری فشار به دقت ۰.۱۰ psi یا بهتر در یک محدوده ۱۰۰ psi نیاز دارد. اگر سیگنال فشار را به ۵ VFS تقویت کنیم و به یک ADC با محدوده دو قطبی ±۵ ولت متصل شود، چه دقتی از ADC لازم است؟
- متغیرها:
- VD = 5
- VS = 5
- E = 100
- n = ?
- B = 1
- R = 0.10
در این مورد، دیتالاگر باید دارای دقت ۱۱ بیت یا بهتر باشد تا دقت فشار ۰.۱۰.
نتیجهگیری
در انتخاب و استفاده از دیتالاگرها و مبدلهای آنالوگ به دیجیتال (ADC)، دقت و توانایی اندازهگیری تغییرات کوچک از اهمیت ویژهای برخوردار است.
برای راهاندازی صحیح باید به چند متغیر اصلی توجه کرد که شامل محدوده ولتاژ، نوع سیگنال و کلاس اندازهگیری میباشد. محاسبه دقیق دقت بر اساس این متغیرها کمک میکند تا بهترین نتایج را از سیستمهای جمعآوری دادهها دریافت کنیم.