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模拟量产品量化精度与分辨率说明

1.1问题来源

相较于数字量（485）产品，读数直接由数字信号标示，因此在数据的传输

上没有误差和分辨率的区别。但是对于模拟量（电压输出、电流输出）的产品，

产品内部的主控和传感器组件均为数字信号，在输出时编码为模拟信号，在编码

的过程中使用的是DAC编码的方式，DAC编码量化有分辨率，因此产品的量化

精度和分辨率显得尤为重要。

1.2产品的编码精度与信号分辨率

产品的初始量化精度为12Bit，也就是4096阶，经过放大和数据转换后不同

的信号种类的量化精度不尽相同，因此分别描述：

4-20mA电流输出：产品占用60%以上的的分辨率，也就是2457阶，因此产

品最小分辨率为0.008mA。

0-5V输出产品：产品占用40%以上的分辨率，也就是1638阶，因此产生的

最小分辨率为0.003V。

0-10V输出产品：产品占用80%以上的分辨率，也就是3276阶，因此产生

的最小分辨率为0.003V

1.3测量设备的量化精度

模拟量类型产品一般在后端与单片机或者PLC的DI模块等相连接，因此除

了要计算产品的编码精度和分辨率之外，还需要计算单片机或者PLC的量化精

度，在编码精度和量化精度之间取较大的精度为准。

对于PLC我们以三菱的FX2N-4AD型号为例，此型号的转换模块根据技术

手册可以得知，可以支持-10V到﹢10V电压信号采集，分辨率为5mV，支持

4-20mA或者-20mA到20mA采集，分辨率为20uA。根据上文1.2章节介绍的，

我司的电流输出最小分辨率为0.008mA，FX2N-4AD的分辨率为0.020mA，因此

整体的最小分辨率为0.020mA；我司最小的电压分辨率为0.003V，FX2N-4AD

的最小分辨率为0.005V，因此整体的最小分辨率为0.005V。可以看出，我司传

感器的输出分辨率是非常高的分辨率，但是PLC的转换模块的分辨率要低，因

此受限于PLC的低分辨率，这里丢失了一部分的精度。

对于单片机来讲，合适的转换电路尤为重要，选择合适的转换电路可以最大

限度的优化分辨率。以参考电压为3.3V的ADC为例，主流的ADC一般是12BIT，。

也就是4096阶。尽可能将转换结果压缩在0-3.3V的内可以最大限度的保留精度，

这样的话不会在量化阶段丢失精度。因此在转换电路得当的情况下，电流输出的

分辨率为0.008mA，电压的分辨率为0.003V。

1.4产品的信号分辨率与产品的测量分辨率的关系与计算

上文1.2章节介绍了产品的信号分辨率，因此结合传感器的最大量程，可以

计算出产品的测量分辨率，计算方式如下：

内蒙古德明电子科技有限公司2019版

传感器最小测量单位=传感器最大量程/(信号输出量程信号输出最小分辨率)

以上文1.3例子来讲，假设传感器为光照度传感器，量程为0-20WLux：

对于电流输出的情况，PLC使用FX2N-4AD转换模块下，传感器最小单位

=200000/(20mA/0.020mA)=200Lux；对于单片机量化电路得当的情况下，传感器

最小单位=200000/(20mA/0.008mA)=80Lux。

对于电压0-5V输出的情况，PLC使用FX2N-4AD转换模块下，传感器最小

单位=200000/(5000mV/5mV)=200Lux；对于单片机量化电路得当的情况下，传感

器最小单位=200000/(5000mV/3mV)=120Lux。

另外我们以温湿度传感器距离，假设量程为-45-115℃：

对于电流输出的情况，PLC使用FX2N-4AD转换模块下，传感器最小单位

=160/(20mA/0.020mA)=0.16℃；对于单片机量化电路得当的情况下，传感器最小

单位=200000/(20mA/0.008mA)=0.064℃。

对于电压0-5V输出的情况，PLC使用FX2N-4AD转换模块下，传感器最小

单位=160/(5000mV/5mV)=0.16℃；对于单片机量化电路得当的情况下，传感器最

小单位=160/(5000mV/3mV)=0.096℃。

请注意，上文计算的是模拟量传感器最小单位，而并未模拟量传感器的