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功率分析儀測量參數(shù)謎團解析
上傳時間:24-09-08
  高精度功率分析儀

  功率測量參數(shù)直流值(DC)單純信號:簡單的情況就是信號的大小和方向都不隨著時間而變化,直流信號的信義非常簡單,大小和方向都不變的信號。

  因為“都不變”時間上是無限的,所以在實際可以定義為:在單位時間內(nèi),大小和方向不發(fā)生變化的信號。

  混合信號:這里有另外一個對于直流信號可能的定義(或者說對于信號的直流成分)。如你所知,根據(jù)傅里葉變化你可以把任何一個信號分解成不同頻率、不同幅值、不同相位的正弦信號的疊加。這些正弦信號有一個特例是信號的直流成分(可以被描述為0Hz頻率的余弦函數(shù))。

  根據(jù)這個,直流成分的定義是一個信號的平均值,公式如下(在這里和其他所有例子我們使用電壓來描述,如果你想用電流來描述,也是一樣的):

  公式1:直流成分的一般定義,當然這個公式也同樣適用于純直流信號。通過這個定義,可以選擇任意時間間隔來得到一個直流信號。在實際中通常是周期性信號,這些信號的重復周期時間是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:周期性信號的直流成分

  結(jié)論:1.直流成分是信號的平均值

  2.實際上對于直流信號必須定義一個時間間隔

  功率測量整流值(Rectified):整流值是一個歷史上使用的值,現(xiàn)在只有一些很少的應用需要它(如它與磁通量Bpk成比例關(guān)系。在某些變壓器應用里比較重要)。

  當D一個交流信號出現(xiàn)以時,就有了整流值。那時有很多動圈式儀表在使用。但它們測量的只是平均值(直流值),這對于正弦信號是零。解決這個問題的D一個簡單方法是整流該信號并求該整流信號的平均值:

  公式3:整流成分的一般定義:通過這個定義,可以選擇任意時間間隔來得到一個整流值。在實際中通常是周期性信號,這些信號的重復周期時間是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:周期性信號的整流成分:整流值的缺點是:對于很多應用來說想得到的是有效值(見“有效值”)。根據(jù)這個可以計算出信號的整流值和有效值的比例系數(shù),該系數(shù)稱為形狀因數(shù),它在很大程度上取決信號的波形。在動圈式儀表中已經(jīng)集成好用于正弦波的形狀因數(shù),對于其他波形來說,測量得到的有效值是錯誤的。

  結(jié)論:1.整流值是整流信號的平均值,2.實際上對于整流值必須定義一個時間間隔,3.對于每一個波形,整流值都有不同比例來得到有效值。

  形狀因數(shù)(Formfactor),形狀因數(shù)是有效值和整流值的比值:

  公式5:功率測量形狀因數(shù)的定義,對于正弦信號該值一般為1.1107.

  有效值(RMS):任何的電壓或電流加載到一個歐姆電阻上,都將產(chǎn)生功率損耗。問題是每一個不同的波形都產(chǎn)生不同的功率損耗,所以將不得不定義無數(shù)的允許的波形以防止電阻過載。波形的定義是非常復雜的:可能需要畫圖或者用數(shù)學方法描述。

  更實際的解決方法是通過功率來描述波形,這就是均方根值(有效值)的通用的定義:信號的有效值是與信號加在同一歐姆電阻上相同時間內(nèi)消耗同樣能量的直流電的大小。

  公式如下(本例子使用電壓,你也可以使用電流,結(jié)果相同):

  公式6:RMS值的一般定義,使用這個定義可以選擇任何信號的任何時間間隔來計算有效值(RMS)。如果在相同時間內(nèi)使用與有效值大小相同的直流信號,同樣的能量也會被加載到電阻上。

  通過這個定義,可以選擇任意時間間隔來得到一個有效值。在實際中通常是周期性信號,這些信號的重復周期時間是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:周期性信號的有效值定義,這個公式的優(yōu)點是每個周期都得到相同的值。這足以用一個單一的值來描述一個信號在歐姆電阻上消耗的功率。這對于99%的測量應用都是有效的。

  記住,這是對周期性信號的簡化定義。有時間很難找到信號的正確的時間間隔或者發(fā)現(xiàn)問題:真正的時間間隔是多少?這很大程度上取決于你的應用。

  結(jié)論:1.有效值是與在歐姆電阻上消耗的功率成比例,2.通常它被定義超過信號的一個周期,3.其他時間間隔可能是可以的。

  功率真有效值(TRMS):原理上有效值和真有效值當然是一樣的。實際上有不同的測量方法。

  1.一些老的模擬儀器只是測量整流值然后乘以形狀因數(shù)1.1107來得到信號的有效值。這僅對正弦信號有效,對于非正弦信號需要不同的形狀因數(shù)。

  2.有些儀器僅測量信號的交流成分,直流成分同樣也產(chǎn)生功率消耗。如果有直流成分存在的話,這些儀器可能顯示錯誤的值。

  為了表明儀器測量的是不同波形信號的有效值,這些儀器稱呼他們的值為真有效值。

  峰值(Peak)峰值的定義很簡單:峰值就是信號的Z大幅值;實際上還有一些更深入的定義;Z大值(實際上信號的Z大采樣值,盡管它可能是負的);Z小值(實際上信號的Z小采樣值,盡管它可能是正的);峰值(Z大值、Z小值中的Z大值);峰峰值(信號的Z大值和Z小值之差)

  峰值對于測量儀器來說很重要。如果它對于選擇的測量量程來說太大,將會發(fā)生:

  1.模擬儀表將飽和磁化,將引起測量錯誤。

  2.模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字儀表的滿量程將被觸及,因此信號被截斷,引起失真和測量錯誤。

  峰值因數(shù)(Crestfactor)峰值因數(shù)是信號的峰值和真有效值的比值。

  公式8:峰值因數(shù)的定義:對于模擬儀器已經(jīng)定義好Z大的峰值因數(shù),如果被測信號的峰值因數(shù)大于它,將得到錯誤的測量結(jié)果。

  對于數(shù)字儀器通常在使用手冊的技術(shù)參數(shù)中可以找到測量量程的兩個值:

  額定值(如250V),這可以用于容易地選擇正確量程。另一個值是在這個量程下允許的峰值(如400V)。使用這兩個值可以計算實際允許的峰值因數(shù)。如上面量程中:400V/250V=1.6。

  如果加載一個僅180V的信號到這量程,峰值因數(shù)400V/180V=2.2也是允許的。所以峰值因數(shù)對于數(shù)字儀器并不像對模擬儀器那樣重要,因為你可以改變它.
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