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功率测量参数谜团解析!

   高精度功率分析仪
 
   功率测量参数直流值(DC)单纯信号:最简单的情况就是信号的大小和方向都不随着时间而变化,直流信号的信义非常简单,大小和方向都不变的信号。
 
  因为“都不变”时间上是无限的,所以在实际可以定义为:在单位时间内,大小和方向不发生变化的信号。
 
  混合信号:这里有另外一个对于直流信号可能的定义(或者说对于信号的直流成分)。如你所知,根据傅里叶变化你可以把任何一个信号分解成不同频率、不同幅值、不同相位的正弦信号的叠加。这些正弦信号有一个特例是信号的直流成分(可以被描述为0Hz频率的余弦函数)。
 
  根据这个,直流成分的定义是一个信号的平均值,公式如下(在这里和其他所有例子我们使用电压来描述,如果你想用电流来描述,也是一样的):
 
  公式1:直流成分的一般定义,当然这个公式也同样适用于纯直流信号。通过这个定义,可以选择任意时间间隔来得到一个直流信号。在实际中通常是周期性信号,这些信号的重复周期时间是T。所以如果把T代入到公式1中,就得到通常的公式:
 
  公式2:周期性信号的直流成分
 
  结论:1.直流成分是信号的平均值
 
  2.实际上对于直流信号必须定义一个时间间隔
 
   功率测量整流值(Rectified):整流值是一个历史上使用的值,现在只有一些很少的应用需要它(如它与磁通量Bpk成比例关系。在某些变压器应用里比较重要)。
 
  当第一个交流信号出现以时,就有了整流值。那时有很多动圈式仪表在使用。但它们测量的只是平均值(直流值),这对于正弦信号是零。解决这个问题的第一个简单方法是整流该信号并求该整流信号的平均值:
 
  公式3:整流成分的一般定义:通过这个定义,可以选择任意时间间隔来得到一个整流值。在实际中通常是周期性信号,这些信号的重复周期时间是T。所以如果把T代入到公式3中,就得到通常的公式:
 
  公式4:周期性信号的整流成分:整流值的缺点是:对于很多应用来说想得到的是有效值(见“有效值”)。根据这个可以计算出信号的整流值和有效值的比例系数,该系数称为形状因数,它在很大程度上取决信号的波形。在动圈式仪表中已经集成好用于正弦波的形状因数,对于其他波形来说,测量得到的有效值是错误的。
 
  结论:1.整流值是整流信号的平均值,2.实际上对于整流值必须定义一个时间间隔,3.对于每一个波形,整流值都有不同比例来得到有效值。
 
  形状因数(Formfactor),形状因数是有效值和整流值的比值:
 
  公式5:功率测量形状因数的定义,对于正弦信号该值一般为1.1107.
 
  有效值(RMS):任何的电压或电流加载到一个欧姆电阻上,都将产生功率损耗。问题是每一个不同的波形都产生不同的功率损耗,所以将不得不定义无数的允许的波形以防止电阻过载。波形的定义是非常复杂的:可能需要画图或者用数学方法描述。
 
  更实际的解决方法是通过功率来描述波形,这就是均方根值(有效值)的最通用的定义:信号的有效值是与信号加在同一欧姆电阻上相同时间内消耗同样能量的直流电的大小。
 
  公式如下(本例子使用电压,你也可以使用电流,结果相同):
 
  公式6:RMS值的一般定义,使用这个定义可以选择任何信号的任何时间间隔来计算有效值(RMS)。如果在相同时间内使用与有效值大小相同的直流信号,同样的能量也会被加载到电阻上。
 
  通过这个定义,可以选择任意时间间隔来得到一个有效值。在实际中通常是周期性信号,这些信号的重复周期时间是T。所以如果把T代入到公式6中,就得到通常的公式:
 
  公式7:周期性信号的有效值定义,这个公式的优点是每个周期都得到相同的值。这足以用一个单一的值来描述一个信号在欧姆电阻上消耗的功率。这对于99%的测量应用都是有效的。
 
  记住,这是对周期性信号的简化定义。有时间很难找到信号的正确的时间间隔或者发现问题:真正的时间间隔是多少?这很大程度上取决于你的应用。
 
  结论:1.有效值是与在欧姆电阻上消耗的功率成比例,2.通常它被定义超过信号的一个周期,3.其他时间间隔可能是可以的。
 
   功率真有效值(TRMS):原理上有效值和真有效值当然是一样的。实际上有不同的测量方法。
 
  1.一些老的模拟仪器只是测量整流值然后乘以形状因数1.1107来得到信号的有效值。这仅对正弦信号有效,对于非正弦信号需要不同的形状因数。
 
  2.有些仪器仅测量信号的交流成分,直流成分同样也产生功率消耗。如果有直流成分存在的话,这些仪器可能显示错误的值。
 
  为了表明仪器测量的是不同波形信号的有效值,这些仪器称呼他们的值为真有效值。
 
  峰值(Peak)峰值的定义很简单:峰值就是信号的最大幅值;实际上还有一些更深入的定义;最大值(实际上信号的最大采样值,尽管它可能是负的);最小值(实际上信号的最小采样值,尽管它可能是正的);峰值(最大值、最小值中的最大值);峰峰值(信号的最大值和最小值之差)
 
  峰值对于测量仪器来说很重要。如果它对于选择的测量量程来说太大,将会发生:
 
  1.模拟仪表将饱和磁化,将引起测量错误。
 
  2.模数转换的数字仪表的满量程将被触及,因此信号被截断,引起失真和测量错误。
 
  峰值因数(Crestfactor)峰值因数是信号的峰值和真有效值的比值。
 
  公式8:峰值因数的定义:对于模拟仪器已经定义好最大的峰值因数,如果被测信号的峰值因数大于它,将得到错误的测量结果。
 
  对于数字仪器通常在使用手册的技术参数中可以找到测量量程的两个值:
 
  额定值(如250V),这可以用于容易地选择正确量程。另一个值是在这个量程下允许的峰值(如400V)。使用这两个值可以计算实际允许的峰值因数。如上面量程中:400V/250V=1.6。
 
  如果加载一个仅180V的信号到这量程,峰值因数400V/180V=2.2也是允许的。所以峰值因数对于数字仪器并不像对模拟仪器那样重要,因为你可以改变它.
 
  

关键词:

功率测量仪,功率分析仪,功率测试仪

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