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准确限值电压范围

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  • 发布时间:2014/12/24 19:22:28
  • 作者:银河电气
定义
顾名思义,准确限值电压范围指电压测量仪表能够准确测量的电压范围。
《DB43/T 879.1-2014 变频电量测量仪器 测量用变送器》对准确限值电压范围定义如下:
准确限值电压范围(accurate limit value voltage range)——能满足准确度等级对应误差限值要求的被测电压范围,包括准确限值电压上限和准确限值电压下限的一组值。在准确限值电压范围之内,变送器误差应不超过标称准确度等级对应的误差限值。
准确限值电压上限用符号Umax表示,准确限值电压下限用符号Umin表示。
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准确限值电压范围的意义

01电工仪表准确度等级存在的问题

  电工仪表准确度等级通常采用仪表引用误差的百分数的数值部分表示。数值部分也称等级指数。
  例如:某电压表的准确度等级为0.2级,表示电压表的最大引用误差为±0.2%。
  电工仪表的引用误差通常以仪表的量程值(测量范围上限)为引用值,其计算公式如下:

γ=(X-X0)/XN×100%

  X:仪表示值
  X0:被测量真值,一般可用最大允许误差为被检仪表的最大允许误差1/4~1/10的仪表示值替代。
  XN:引用值
  当X=XN时,γ就是相对误差。因此,通过准确度等级指数,可以很方便的判断仪表在满量程处的相对误差(准确讲是相对误差限值)。因为此时,准确度等级指数加上百分号就是相对误差。
  对于非满量程点,仪表的相对误差计算公式如下:

δ=(X-X0)/X0×100%
=(X-X0)/XN×(XN/X0) ×100%
=γ×(XN/X0) ×100%

  即:

δ=γ×(XN/X0) ×100%…………(1)

  可见,此时,仪表的相对误差与量程上限和仪表示值的比值成正比,比值越大,相对误差越大。
  然而,实际仪表在此时的相对误差很可能小于此数值。例如:
  某电压表的精度表示如下:
  0.1%读数+0.1%量程,按照准确度等级定义,该电压表的准确度等级为0.2级。
  当电压读数为10%量程时,相对误差为1.1%。
  而按照准确度等级指数直接计算的相对误差为2%。
  也就是说,采用准确度等级指数换算相对误差的方法,不能最大限度利用仪表的性能。
  关于电工仪表准确度等级的相关知识,请参阅“电工仪表准确度等级详解”

02绝对误差和引用误差的局限性

  问题:最大绝对误差为1V的电压表,精度如何?
  类似这样的问题,我们无法进行判断!
  假如该仪表的量程足够大,被测信号足够大,那么,精度就足够高。
  例如,10kV的电压表测量10kV的被测信号,最大绝对误差为1V的话,最大相对误差为±0.01%。就当前技术水平而言,该电压表的精度算是很高了。
  但是,如果同样的电压表测量1V的电压,最大绝对误差仍为1V,最大相对误差为±100%,测量结果已经没有意义了。
  如果该电压表的量程为100V,那么,在满量程处,该电压表的精度最高,也就是1%,精度非常一般。
  也就是说:
  知道绝对误差,不知道被测信号的大小,不能判断测试精度。
  知道绝对误差,不知道仪表量程,不能判断仪表精度。
  同理,知道引用误差,可以判断仪表精度。但如不知道被测信号大小,仍然不能判断测试精度。

03准确限值电压范围是仪表的重要指标

  上述分析告诉我们,对于测试结果,我们最关心的相对误差。遗憾的是,没有一款仪表的精度指标可以直接采用相对误差标称!
  因为,任何仪表的小信号测量能力都是有限的!
  千伏表可以较为准确的测量高电压信号,面对伏级电压信号,就显得无能为力了!
  伏特表可以较为准确的伏级的电压信号,面对毫伏级电压信号,精度难以保障!
  毫伏表可以较为准确的测量毫伏级的电压信号,面对微伏级电压信号,还是力不从心!
  小信号是如此,大信号更不用说了,电压信号超出电压表量程上限,测量误差变大,甚至损坏电压表。
  准确限值电压范围就是要告诉大家,仪表能够准确测量的电压范围。
  正如再高精度的磅秤,也不能准确称出小白鼠的体重!

磅秤称小老鼠

 

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准确限值电压范围示例

WP4000变频功率分析仪

WP4000变频功率分析仪

  以AnyWay系列变频电量测量仪器的WP4000变频功率分析仪为例。
  其准确限值范围为0.5% Umax~100%Umax。
  Umax为测量上限,假设Umax为15kV,配置A型功率单元时:
  电压准确度等级为0.05级,准确限值电压范围为75V~15kV;
  假设Umax为1000V,配置B型功率单元时:
  电压准确度等级为0.1级,准确限值电压范围为5V~1000V;
  显然,相同准确度等级时,准确限值电压范围越宽,电压测试仪表的适用面越广,准确限值电压范围是电压测试仪表测试能力的一个重要指标。
  为了更加直观的表述这种能力,我们可以引入另外一个概念——量程比。
  量程比为准确限值电压范围上限与下限的比值。显然,量程比越大,仪表的测试能力越强。

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准确限值电压范围计算

  目前,大部分电工测量仪表未直接标注准确限值范围,而是采用读数误差加量程误差的表述方式。
  例如,某仪表的电压测试精度为读数的0.01%+量程的0.03%。
  为了探讨其计算方式,我们将上述精度表述方式用符号替代如下:
  读数的A%+量程的B%。
  假设准确度等级指数为C。
  那么:

C=(Umax/Umin)×A+ B…………(2)
Umin =(C-B) /A×Umax…………(3)

  也就是说,准确限值电压范围与仪表准确度等级定义密切相关。
  上述仪表的准确度等级等于或劣于0.04级。
  依据式(3),
  若准确度等级定为0.05级,其准确限值电压范围为:(50~100)%Umax
  若准确度等级定为0.1级,其准确限值电压范围为:(14~100)%Umax
  若准确度等级定为0.2级,其准确限值电压范围为:(6~100)%Umax
  若准确度等级定为0.5级,其准确限值电压范围为:(2~100)%Umax
  相反,若对准确限值电压范围有明确要求,那么,仪表的准确度等级作相应变化。
  仍然针对上述仪表,依据式(2),
  若准确限值电压范围定为(1~100)%Umax,其准确度等级为:1级
  若准确限值电压范围定为(0.5~100)%Umax,其准确度等级为:2级
  同理,某电流传感器的引用误差为53ppm,在满量程处,其相对误差为53ppm。
  若要求其准确限值电压范围为(0.5~100)%Umax,其准确度等级为:0.5级。


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