數(shù)字功率計(jì)

電量測(cè)量?jī)x全名為智能電量測(cè)量?jī)x，又名數(shù)字功率計(jì)、電參數(shù)測(cè)試儀、電功率表、電力參數(shù)測(cè)量?jī)x、電能綜合測(cè)試儀，俗稱電器耗電功率表，國(guó)際通用名：Digital Power Meter，簡(jiǎn)稱DPM，主要功能是進(jìn)行一些電量、電參數(shù)的測(cè)試，主要用來(lái)測(cè)定相關(guān)設(shè)備的電力參數(shù)，如電壓、電流、電功率等。電量測(cè)量?jī)x叫法很多，種類也多。按測(cè)試類型可分為：基本型功率計(jì)、報(bào)警型功率計(jì)、交直流兩用型功率計(jì)、通訊型功率計(jì)、電能積分型功率計(jì)、諧波分析型功率計(jì)、高精度功率計(jì)等；電參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x主要也分為數(shù)字電力參數(shù)測(cè)量?jī)x、單相電力參數(shù)測(cè)量?jī)x、三相電力參數(shù)測(cè)量?jī)x等。

電功率表最常用的是交流電源功率表，用來(lái)測(cè)量電器設(shè)備在市電運(yùn)行中電氣所消耗的功率。近年來(lái)，由于能源緊缺及環(huán)保需求，進(jìn)行精密電流、瓦特及功率因素測(cè)量非常重要。本文將重點(diǎn)說(shuō)明交流功率表的原理和測(cè)試方法，以及如何選購(gòu)合適的電器耗電功率表或電參數(shù)綜合分析儀(Power Meter)。

一、功率表的原理

根據(jù)定義，電器耗電功率表功率表所測(cè)量參數(shù)如下：

1.1 均方根電壓和電流(Vrms/Arms)：

電阻性負(fù)載下(PF＝1)，交流電路以Vrms和Arms為單位，其功率值等于均方根電壓與電流乘積，即W＝Vrms x Arms，與直流電路功率計(jì)算公式兼容：

功率因素指電壓與電流波形關(guān)系，上面公式具有通用性，即任何狀況下均可以用上述公式計(jì)算功率因素，傳統(tǒng)公式P.F=cos⊙，僅適用于電壓與電流波形均為正弦波的情形，實(shí)際上僅適用于馬達(dá)電感性負(fù)載。而今，絕大多數(shù)的電子設(shè)備其負(fù)載型式為整流式電容性負(fù)載，其電流不為正弦波，故需以W ÷（Vrms × Arms ）來(lái)計(jì)算功率因素。

二、功率表的工作原理和測(cè)量方法

根據(jù)上述功率表計(jì)算公式，功率表的工作原理分為以下二種：模擬式轉(zhuǎn)換器與數(shù)字式轉(zhuǎn)換器。

2.1 模擬式轉(zhuǎn)換器以數(shù)字顯示

使用模擬IC元件做乘法、開(kāi)方及積分等電路來(lái)完成上述公式。經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到直流電壓，此直流電壓與Vrms、Arms、Watt成正比，然后用低速的3位半或4位半A/D轉(zhuǎn)換器，將此直流電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字讀數(shù)，其方塊圖如下：

2.2 數(shù)字式轉(zhuǎn)換器以數(shù)字顯示

使用高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓電流波形同時(shí)取樣(類似雙通道數(shù)字示波器)，然后通過(guò)程序(按照下列公式)進(jìn)行計(jì)算得到Vrms、Arms、Watt的結(jié)果并顯示。當(dāng)電壓電流波形在周期內(nèi)取樣數(shù)愈多且A/D轉(zhuǎn)換器分辨率愈高時(shí)，可得到更佳精度。海洋儀器(010-62176785)推出的4010A、4011A、4012A功率表在一周內(nèi)同時(shí)對(duì)電壓和電流波形取樣256次，并使用12位高速A/D轉(zhuǎn)換器，具有優(yōu)于0.1%的精確度，其方塊圖如下：

2.3 功率表測(cè)量方法

交流電參量功率的主要測(cè)量方法有三種：

方法1：將交流電參量轉(zhuǎn)換為正比于輸入的直流電壓后進(jìn)行A/D采樣，獲得電參數(shù)測(cè)量值。應(yīng)用該方法的測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，在波形無(wú)畸變狀態(tài)下能取得較好精度，但是在波形有較大畸變時(shí)，測(cè)量精度較差。

方法2：將交流電參量進(jìn)行調(diào)理，轉(zhuǎn)換為正比于輸入的電壓信號(hào)，再用高速A/D對(duì)波形進(jìn)行高速周期采樣，采樣頻率 f 決定了測(cè)量的最高諧波頻率，適合較復(fù)雜的周期波形測(cè)量，測(cè)量精度高，頻率范圍寬。

方法3：采用DSP技術(shù)，對(duì)任意波形信號(hào)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采樣，實(shí)時(shí)計(jì)算測(cè)量結(jié)果。優(yōu)點(diǎn)：適用于任意波形的測(cè)量，測(cè)量精度高，頻率范圍寬。

三、功率表重要參數(shù)

功率表的參數(shù)很多，選擇電參數(shù)功率表時(shí)，考慮的主要指標(biāo)與參數(shù)如下：

①精確度：精確度應(yīng)該愈精確愈好。一般而言，精確度標(biāo)示一般包含二個(gè)R部份，即量程 (range) 及讀值 (reading) ，其中量程檔位為固定誤差，讀值部份則隨讀值大小而變，因此您必須確定功率表的分辨率及精確度均能符合您的需求。毋庸置疑，數(shù)字式轉(zhuǎn)換器能提供遠(yuǎn)較模擬式轉(zhuǎn)換器更佳的精確度，在數(shù)字式轉(zhuǎn)換器中僅有 A/D 轉(zhuǎn)換誤差，而模擬式轉(zhuǎn)換器卻有RMS轉(zhuǎn)換、Watt轉(zhuǎn)換、PF轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換等誤差之總合。

②電流峰值系數(shù)：一般而言絕大部份負(fù)載電流是失真和脈沖式波形，因此需要選擇適當(dāng)?shù)碾娏髁砍滩挪恢率闺娏鞣逯党^(guò)量程而得不到正確的結(jié)果，有的功率計(jì)具有自動(dòng)峰值檢測(cè)功能，可避免此類問(wèn)題發(fā)生。峰值系數(shù)為峰值÷RMS值，正弦波峰值系數(shù)為1.414，一般電子設(shè)備峰值系數(shù)約為2.0～3.0。

③有效測(cè)量范圍：指在功率表的標(biāo)示的精確度范圍內(nèi)對(duì)輸入電壓電流的有效測(cè)量范圍，模擬式轉(zhuǎn)換器有效測(cè)量范圍為10%到100%，而數(shù)字式轉(zhuǎn)換器可達(dá)1%到100%，對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍廣和低能耗環(huán)保產(chǎn)品非常重要，因?yàn)橐坏┎辉谟行Х秶鷥?nèi)，其誤差便急劇增加，影響測(cè)量品質(zhì)及正確度。

④校正周期：任何測(cè)量?jī)x表均需定期校驗(yàn)，才可確保質(zhì)量，而功率表校驗(yàn)周期依不同工作原理而有所差異。模擬式轉(zhuǎn)換器由于零件老化、漂移和溫度等影響，3～6個(gè)月需要校正，而數(shù)字式轉(zhuǎn)換器1年需要校正。

⑤確認(rèn)實(shí)際測(cè)試：這是最實(shí)用的方法來(lái)了解功率表是否適合測(cè)量您的產(chǎn)品，把一固定電子產(chǎn)品將電源輸入外接電壓分別設(shè)定為115V和220V，用不同型號(hào)的功率表測(cè)量并記錄結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)115V和220V時(shí)同一臺(tái)功率表的讀數(shù)十分接近，實(shí)際上由于功率表內(nèi)部的電源在220V時(shí)功率損耗較小，220V的測(cè)量結(jié)果通常會(huì)比115V略小。

⑥能進(jìn)行電子產(chǎn)品待機(jī)功耗測(cè)試：待機(jī)時(shí)電子產(chǎn)品內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源電流小，并且波形差，為了保證測(cè)量準(zhǔn)確，需要使用積分式小電流的功率表，例如海洋儀器推出的PA310數(shù)字功率計(jì)。

電磁干擾測(cè)試儀器：http://www.hyxyyq.com/wz/news/xpxx/90.html