【模拟量转换公式】在工业自动化、传感器应用和数据采集系统中，模拟量信号的处理是常见任务。模拟量通常以电压或电流的形式表示物理量（如温度、压力、流量等），而这些信号需要通过特定的公式转换为数字量，以便于计算机处理或显示。
为了便于理解和使用，以下总结了常见的模拟量转换公式，并以表格形式进行展示，帮助用户快速查阅和应用。
一、基本概念
- 模拟量：连续变化的电信号，如0~10V或4~20mA。
- 数字量：离散的数值，如0~4095（12位ADC）或0~65535（16位ADC）。
- 转换公式：将模拟量信号转换为对应的数字值，或反之。
二、常用转换公式
| 模拟量类型 | 输入范围 | 输出范围 | 转换公式 | 备注 |
| 电压（V） | 0~10V | 0~4095 | $ D = \frac{V}{10} \times 4095 $ | 适用于12位ADC |
| 电压（V） | 0~5V | 0~2047 | $ D = \frac{V}{5} \times 2047 $ | 适用于11位ADC |
| 电流（mA） | 4~20mA | 0~4095 | $ D = \frac{(I - 4)}{16} \times 4095 $ | 常用于工业传感器 |
| 电阻（Ω） | 0~1000Ω | 0~4095 | $ D = \frac{R}{1000} \times 4095 $ | 适用于电位器或热敏电阻 |
| 温度（℃） | -20~80℃ | 0~4095 | $ D = \frac{(T + 20)}{100} \times 4095 $ | 需结合传感器特性 |
三、典型应用场景
1. 温度测量
使用热电偶或热敏电阻时，需根据传感器特性选择合适的线性化公式，例如：
- 热敏电阻：$ R = R_0 \cdot e^{B(\frac{1}{T} - \frac{1}{T_0})} $
- 热电偶：采用分度表或多项式近似。
2. 压力检测
压力变送器输出4~20mA或0~10V信号，可通过上述公式转换为数字值。
3. 流量监测
流量计输出信号一般为4~20mA，需结合标定曲线进行精确计算。
四、注意事项
- 精度问题：ADC分辨率影响转换精度，建议根据实际需求选择合适位数。
- 非线性补偿：某些传感器存在非线性响应，需通过校准或软件算法进行修正。
- 单位统一：确保输入与输出单位一致，避免计算错误。
五、总结
模拟量转换是连接现实世界与数字系统的重要桥梁。掌握不同类型的转换公式，有助于提高系统的准确性和稳定性。在实际应用中，应结合具体设备参数和系统要求，灵活选用合适的转换方式，并注意校准与误差控制。
附录：常用ADC分辨率对照表
| ADC位数 | 最大数字值 | 分辨率（每步） |
| 8位 | 255 | 1/256 |
| 10位 | 1023 | 1/1024 |
| 12位 | 4095 | 1/4096 |
| 16位 | 65535 | 1/65536 |
