试验装置的误差分析——数据采集卡的精度误差

        任何设备不论其元件的生产工艺具有多高的精度，试验设备在试验过程中总是要或多或少的受到环境的影响和其他位置因素的干扰。试验结束后，试验数据分析、故障分析和提出改进措施是可靠性试验研究最重要的环节，也是最重要的目的之一。
        在微型断路器可靠性试验中，会由于多种因素而产生判断误差，采集卡的采集精度就是其中一种。
        可靠性试验的进行都是围绕着数据采集卡所采集的电压来完成的，采集到数据精度的高低直接影响试验判断的准确与否，计算机所能够辨认的信号只有数字信号，对于外界的模拟信号需要把它先转化成数字量再进行处理，在这里我们所要测量的模拟信号为模拟电压信号。对于操作可靠性试验采集的是直流电压信号；对于瞬动可靠性试验待测量为经变送器转换的直流电压信号和变压器二次侧交流电压信号。所有的电压信号利用采集卡来完成电压的采集转化工作。对电压的采集转换是由采集卡上集成的A/D 转换器来完成的。
        转换精度、转换率、分辨率是衡量A/D 转换器好坏的3 个主要指标。由于模拟量是连续的，数字量是离散的，一般是某个范围的模拟量对应某一个数字量。所以，即使是理想的输出，也会有误差。
        其中转换精度反映了A/D 转换器的实际输出接近理想输出的程度。转换精度通常用数字量的最低有效位来表示的。设数字量的最低有效位对应的模拟量为△，称其为数字量的最低有效位当量。如果模拟量在±（1/2) △。范围内都产生相对应的唯一数字量，那么，这个A/D 转换器精度为±0LSB。意味着±0LSB 精度的A/D 转换器仍然有相当于±(1/2) △的误差。
         转换率指的是完成一次A/D 转换所需时间的倒数，反映的是转换速度。
        分辨率表明了能够分辨最小的量化信号的能力。
        采集卡将采集进来的电压自动转换成12 位的数字量 （即卡上采用的是12 位的数模转换器），对于不同场合的应用可以通过程序设置每个通道的电压采集范围 （单极性或双极性）。比如设置某个通道的电压采集范围为±10V，配用这12 位的数模转换器，则其分辨率为满程的1/（2¹¹-1），采集进来的数字量的最小刻度1所对应的电压值为10/（2¹¹-1）=4.895x10^-3，这也就是说选用±10V的量程时采集卡对于4.895x10^-3的电压不是很敏感，所以在试验前要根据实际情况选用合适的量程，量程越小采集误差也就越小。
        我公司的微型断路器可靠性试验装置，在采集卡或者A/D转换器的选择上进行了多方面的考虑，在某些应用场合转换速度也是一个至关重要的因素。而任何部分精度的单独提高并不能提高整个系统的精度，只会增加系统的成本。因为精度提高一个数量级，价格可能会增加好几倍甚至更高，我公司从多个部分相互匹配的角度进行考虑，为客户省去了不必要的成本代价。