当前位置:首页产品问答 │ 高精度功率分析仪基本误差探讨

高精度功率分析仪基本误差探讨

  • 浏览次数:7102次
  • 发布时间:2013/10/21 15:08:04
  • 作者:AnyWay中国

功率分析仪基本误差表达方式概述

01b模式_传统电测量仪表的基本误差表达方式

  高精度功率分析仪属于电测量仪表,传统的电测量仪表的基本误差通常采用准确度等级表示,而准确度等级指数通常就是仪表的误差的百分数的分子。
  例如:高精度功率分析仪基本误差为:
  ±b%量程。
  我们称基本误差的这种表达方式为b模式。

02a+b模式_数字式高精度功率分析仪基本误差表达方式

  数字式高精度功率分析仪基本误差也常用下述方式表示:
  ±(a%读数+b%量程)。
  a为与读数(被测量)相关的误差系数;
  b为与量程(仪表属性)相关的误差系数。
  我们称基本误差的这种表达方式为a+b模式。

03a模式_数字式高精度功率分析仪基本误差的理想表达方式

  若测量结果的准确度只与读数有关,而与功率分析仪的量程无关,那么,功率分析仪基本误差可以表示为:
  ±a%读数。
  我们称基本误差的这种表达方式为a模式。

功率分析仪基本误差不同表达方式的对比

  事实上,功率分析仪基本误差可以同意采用a+b模式表示,因为a模式和b模式分别是a+b模式在b=0和a=0时的特例。
  为此,我们先分析a模式和b模式的主要区别:
  假设功率分析仪(功率表)基本误差为0.2%,量程均为1000kW。

01b模式基本误差

  需要知道功率分析仪的量程X0,才能计算出绝对误差Ea,再根据被测结果X1,才能计算出本次测量的相对误差Er。
  Ea=X0×b%;
  Er=(Ea/X1)×100%;
  可见:
  b模式下,Ea为恒定值,与测量值无关。Er为变化量,且测量值X1越小,Er越大。
  举例进行说明:
  上述功率分析仪测量1000kW和10kW功率时,其绝对误差都是±1000kW*0.2%=±2kW,而其相对误差分别为±0.2%和±20%,显然,测量10kW功率时,功率精度较低。
  并且,b模式下,为了了解测量结果的精度,记录数据X1的同时,必须记录功率分析仪的量程X0,否则,无法得知测量结果的精度。
  指针式功率表基本属于这种情况,许多时候,最小刻度就是功率表的最大绝对误差。这一点,与指针式功率表的读数方式和人眼的分辨力有关。比如说,上述功率分析仪刻度盘上刻度分为100格,其基本误差必然大于或等于1格对应的数值,也就是说,其精度必然劣于1%。
  指针式功率表的基本误差特点是b模式基本误差的原型。

02a模式基本误差

  其测量结果的精度与量程无关,相对误差恒为0.2%,量程范围内,不论多大的功率,都可以得到较高的测量精度。
  Ea=X1×a%;
  Er=(Ea/X1)×100%=a%;
  a模式下,记录数据时无需记录量程,测量精度保持为恒定值。
  显然,采用b模式表示功率分析仪基本误差,是我们期待的理想情况。
  然而,实际情况是:客观世界中,不存在b=0的功率分析仪!
  对于指针式仪表而言,这一点很容易理解。
  对于数字显示的功率表或功率分析仪而言,原理也是类似的,只不过,这个读数的误差不是人为决定的,而是仪表实现模拟量至数字量转换过程中,也就是量化的过程中,仪表(AD)的分辨力有限等原因造成的。相比之下,AD的分辨力可以做到远远高于人眼的分辨力。因此,指针式功率表的精度一般较低(某些增加了读数附加装置的指针式功率表也可以做到很高的分辨力),而数字式功率分析仪的精度可以做到很高。
  如果数字式功率分析仪的分辨力无穷小,并且具有良好的线性度和可重复性,那么,除了无穷小量(零点附近)之外,可实现在功率分析仪基本误差在很宽的范围内保持a模式。

03a+b模式基本误差

  综合考虑a模式的不可实现性和a模式的不足,“GB/T 22264.1-2008 安装式、数字显示电测量仪表 第1部分:定义和通用要求”规定,电测量仪表的准确度等级指数采用(a+b)表示,即:测量结果的绝对误差不超过:
  △=±(a%读数+b%量程);
  并且,a≥4b。
  “GB/T 22264.1-2008 安装式、数字显示电测量仪表 第1部分:定义和通用要求”规定a≥4b的目的在于:对于某次测量而言,我们更加关心的是与被测量(读数)相关的相对误差,而希望仪表相关(量程)的影响越小越好。
  显然b/a越小,a+b模式越接近a模式。
  在满量程点,读数等于量程,因此,在满量程处,a+b相同时,功率分析仪基本误差相同。
  采用传统的准确度等级表示功率分析仪基本误差时,功率准确度等级只与a+b的和有关。
  然而,在非满量程点,其误差不同,图1为0.01%读数+0.04%量程和0.04%读数+0.01%量程两款功率分析仪在0.5%~100%量程范围内的相对误差曲线。图中,量程相关误差已经转变为读数相关误差。由图可知,当读数较小时,后者的精度远远优于前者。
功率分析仪基本误差对比
图1 满量程基本误差相同的两款高精度功率分析仪基本误差对比图
  作为通用性的结论:当a+b为相同数值时,b越小,功率分析仪适用范围越宽,或者说功率分析仪的整体精度越高。
  目前大多功率分析仪基本误差采用a+b模式标称,然而,通常并不满足标准中提到的a≥4b。
  例如:对于45Hz~66Hz正弦波,就电压电流精度而言:
  横河WT3000高精度功率分析仪基本误差为0.01%读数+0.03%量程,b>a。
  FLUKE的NORMA5000宽频功率分析仪基本误差(采用PP64功率单元时)为0.02%读数+0.01%量程,b<4a。

改进后的功率分析仪基本误差

  按照“GBT 22264.1-2008 安装式、数字显示电测量仪表 第1部分:定义和通用要求”的规定和思路,假如我们规定a>>b,例如,要求a≥128b,那么,在很宽的范围内,仪表的基本误差主要取决于a。
  AnyWay系列变频功率分析仪就是一种在一定范围内,其测量误差只取决于读数,而与量程无关的电测量仪器。其C型功率单元,在0.5%~100%满量程范围之内,电压,电流的测量误差不大于:
  ±读数的0.2%。
  那么,Anyway系列变频功率分析仪是如何实现这种误差特性呢?
  AnyWay系列变频功率分析仪的功率单元的电压、电流测量均设置了8个档位,每个档位只测量在本档位量程的50%~100%范围内的信号。每个档位的基本误差为0.1%量程,这样,每个档位的最大基本误差为0.2%读数。8个档位结合在一起,可实现1/256~1倍的最大量程内,测量结果的基本误差小于0.2%。
AnyWay系列变频功率分析仪基本误差示意图
图2 AnyWay系列变频功率分析仪基本误差示意图