準確限值電壓范圍

01電工儀表準確度等級存在的問題

　　電工儀表準確度等級通常采用儀表引用誤差的百分數(shù)的數(shù)值部分表示。數(shù)值部分也稱等級指數(shù)。
　　例如：某電壓表的準確度等級為0.2級，表示電壓表的最大引用誤差為±0.2%。
　　電工儀表的引用誤差通常以儀表的量程值（測量范圍上限）為引用值，其計算公式如下：

γ=(X-X0)/XN×100%

　　X：儀表示值
　　X0：被測量真值，一般可用最大允許誤差為被檢儀表的最大允許誤差1/4～1/10的儀表示值替代。
　　XN：引用值
　　當X=XN時，γ就是相對誤差。因此，通過準確度等級指數(shù)，可以很方便的判斷儀表在滿量程處的相對誤差（準確講是相對誤差限值）。因為此時，準確度等級指數(shù)加上百分號就是相對誤差。
　　對于非滿量程點，儀表的相對誤差計算公式如下：

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

　　即：

δ=γ×(XN/X0) ×100%…………（1）

　　可見，此時，儀表的相對誤差與量程上限和儀表示值的比值成正比，比值越大，相對誤差越大。
　　然而，實際儀表在此時的相對誤差很可能小于此數(shù)值。例如：
　　某電壓表的精度表示如下：
　　0.1%讀數(shù)+0.1%量程，按照準確度等級定義，該電壓表的準確度等級為0.2級。
　　當電壓讀數(shù)為10%量程時，相對誤差為1.1%。
　　而按照準確度等級指數(shù)直接計算的相對誤差為2%。
　　也就是說，采用準確度等級指數(shù)換算相對誤差的方法，不能最大限度利用儀表的性能。
　　關于電工儀表準確度等級的相關知識，請參閱“電工儀表準確度等級詳解”

02絕對誤差和引用誤差的局限性

　　問題：最大絕對誤差為1V的電壓表，精度如何？
　　類似這樣的問題，我們無法進行判斷！
　　假如該儀表的量程足夠大，被測信號足夠大，那么，精度就足夠高。
　　例如，10kV的電壓表測量10kV的被測信號，最大絕對誤差為1V的話，最大相對誤差為±0.01%。就當前技術水平而言，該電壓表的精度算是很高了。
　　但是，如果同樣的電壓表測量1V的電壓，最大絕對誤差仍為1V，最大相對誤差為±100%，測量結果已經沒有意義了。
　　如果該電壓表的量程為100V，那么，在滿量程處，該電壓表的精度最高，也就是1%，精度非常一般。
　　也就是說：
　　知道絕對誤差，不知道被測信號的大小，不能判斷測試精度。
　　知道絕對誤差，不知道儀表量程，不能判斷儀表精度。
　　同理，知道引用誤差，可以判斷儀表精度。但如不知道被測信號大小，仍然不能判斷測試精度。

03準確限值電壓范圍是儀表的重要指標

　　上述分析告訴我們，對于測試結果，我們最關心的相對誤差。遺憾的是，沒有一款儀表的精度指標可以直接采用相對誤差標稱！
　　因為，任何儀表的小信號測量能力都是有限的！
　　千伏表可以較為準確的測量高電壓信號，面對伏級電壓信號，就顯得無能為力了！
　　伏特表可以較為準確的伏級的電壓信號，面對毫伏級電壓信號，精度難以保障！
　　毫伏表可以較為準確的測量毫伏級的電壓信號，面對微伏級電壓信號，還是力不從心！
　　小信號是如此，大信號更不用說了，電壓信號超出電壓表量程上限，測量誤差變大，甚至損壞電壓表。
　　準確限值電壓范圍就是要告訴大家，儀表能夠準確測量的電壓范圍。
　　正如再高精度的磅秤，也不能準確稱出小白鼠的體重！

 

WP4000變頻功率分析儀

　　以AnyWay系列變頻電量測量儀器的WP4000變頻功率分析儀為例。
　　其準確限值范圍為0.5% Umax~100%Umax。
　　Umax為測量上限，假設Umax為15kV，配置A型功率單元時：
　　電壓準確度等級為0.05級，準確限值電壓范圍為75V~15kV；
　　假設Umax為1000V，配置B型功率單元時：
　　電壓準確度等級為0.1級，準確限值電壓范圍為5V~1000V；
　　顯然，相同準確度等級時，準確限值電壓范圍越寬，電壓測試儀表的適用面越廣，準確限值電壓范圍是電壓測試儀表測試能力的一個重要指標。
　　為了更加直觀的表述這種能力，我們可以引入另外一個概念——量程比。
　　量程比為準確限值電壓范圍上限與下限的比值。顯然，量程比越大，儀表的測試能力越強。

　　目前，大部分電工測量儀表未直接標注準確限值范圍，而是采用讀數(shù)誤差加量程誤差的表述方式。
　　例如，某儀表的電壓測試精度為讀數(shù)的0.01%+量程的0.03%。
　　為了探討其計算方式，我們將上述精度表述方式用符號替代如下：
　　讀數(shù)的A%+量程的B%。
　　假設準確度等級指數(shù)為C。
　　那么：

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

　　也就是說，準確限值電壓范圍與儀表準確度等級定義密切相關。
　　上述儀表的準確度等級等于或劣于0.04級。
　　依據(jù)式(3)，
　　若準確度等級定為0.05級，其準確限值電壓范圍為：(50~100)%Umax
　　若準確度等級定為0.1級，其準確限值電壓范圍為：(14~100)%Umax
　　若準確度等級定為0.2級，其準確限值電壓范圍為：(6~100)%Umax
　　若準確度等級定為0.5級，其準確限值電壓范圍為：(2~100)%Umax
　　相反，若對準確限值電壓范圍有明確要求，那么，儀表的準確度等級作相應變化。
　　仍然針對上述儀表，依據(jù)式(2)，
　　若準確限值電壓范圍定為(1~100)%Umax，其準確度等級為：1級
　　若準確限值電壓范圍定為(0.5~100)%Umax，其準確度等級為：2級
　　同理，某電流傳感器的引用誤差為53ppm，在滿量程處，其相對誤差為53ppm。
　　若要求其準確限值電壓范圍為(0.5~100)%Umax，其準確度等級為：0.5級。