高精度功率分析儀基本誤差探討
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- 發布時間：2013/10/21 15:08:04
- 作者：AnyWay中國
一功率分析儀基本誤差表達方式概述
01b模式_傳統電測量儀表的基本誤差表達方式
高精度功率分析儀屬于電測量儀表，傳統的電測量儀表的基本誤差通常采用準確度等級表示，而準確度等級指數通常就是儀表的誤差的百分數的分子。
例如：高精度功率分析儀基本誤差為：
±b%量程。
02a+b模式_數字式高精度功率分析儀基本誤差表達方式
數字式高精度功率分析儀基本誤差也常用下述方式表示：
±(a%讀數+b%量程)。
a為與讀數（被測量）相關的誤差系數；
b為與量程（儀表屬性）相關的誤差系數。
我們稱基本誤差的這種表達方式為a+b模式。
03a模式_數字式高精度功率分析儀基本誤差的理想表達方式
若測量結果的準確度只與讀數有關，而與功率分析儀的量程無關，那么，功率分析儀基本誤差可以表示為：
±a%讀數。
我們稱基本誤差的這種表達方式為a模式。
二功率分析儀基本誤差不同表達方式的對比
事實上，功率分析儀基本誤差可以同意采用a+b模式表示，因為a模式和b模式分別是a+b模式在b=0和a=0時的特例。
為此，我們先分析a模式和b模式的主要區別：
假設功率分析儀（功率表）基本誤差為0.2%，量程均為1000kW。
01b模式基本誤差
需要知道功率分析儀的量程X0，才能計算出絕對誤差Ea，再根據被測結果X1，才能計算出本次測量的相對誤差Er。
Ea=X0×b%；
Er=(Ea/X1)×100%；
可見：
b模式下，Ea為恒定值，與測量值無關。Er為變化量，且測量值X1越小，Er越大。
舉例進行說明：
上述功率分析儀測量1000kW和10kW功率時，其絕對誤差都是±1000kW*0.2%=±2kW，而其相對誤差分別為±0.2%和±20%，顯然，測量10kW功率時，功率精度較低。
并且，b模式下，為了了解測量結果的精度，記錄數據X1的同時，必須記錄功率分析儀的量程X0，否則，無法得知測量結果的精度。
指針式功率表基本屬于這種情況，許多時候，最小刻度就是功率表的最大絕對誤差。這一點，與指針式功率表的讀數方式和人眼的分辨力有關。比如說，上述功率分析儀刻度盤上刻度分為100格，其基本誤差必然大于或等于1格對應的數值，也就是說，其精度必然劣于1%。
指針式功率表的基本誤差特點是b模式基本誤差的原型。
02a模式基本誤差
其測量結果的精度與量程無關，相對誤差恒為0.2%，量程范圍內，不論多大的功率，都可以得到較高的測量精度。
Ea=X1×a%；
Er=(Ea/X1)×100%=a%；
a模式下，記錄數據時無需記錄量程，測量精度保持為恒定值。
顯然，采用b模式表示功率分析儀基本誤差，是我們期待的理想情況。
然而，實際情況是：客觀世界中，不存在b=0的功率分析儀！
對于指針式儀表而言，這一點很容易理解。
對于數字顯示的功率表或功率分析儀而言，原理也是類似的，只不過，這個讀數的誤差不是人為決定的，而是儀表實現模擬量至數字量轉換過程中，也就是量化的過程中，儀表（AD）的分辨力有限等原因造成的。相比之下，AD的分辨力可以做到遠遠高于人眼的分辨力。因此，指針式功率表的精度一般較低（某些增加了讀數附加裝置的指針式功率表也可以做到很高的分辨力），而數字式功率分析儀的精度可以做到很高。
如果數字式功率分析儀的分辨力無窮小，并且具有良好的線性度和可重復性，那么，除了無窮小量（零點附近）之外，可實現在功率分析儀基本誤差在很寬的范圍內保持a模式。
03a+b模式基本誤差
綜合考慮a模式的不可實現性和a模式的不足，“GB/T 22264.1-2008 安裝式、數字顯示電測量儀表 第1部分：定義和通用要求”規定，電測量儀表的準確度等級指數采用（a+b）表示，即：測量結果的絕對誤差不超過：
△=±(a%讀數+b%量程)；
并且，a≥4b。
“GB/T 22264.1-2008 安裝式、數字顯示電測量儀表 第1部分：定義和通用要求”規定a≥4b的目的在于：對于某次測量而言，我們更加關心的是與被測量（讀數）相關的相對誤差，而希望儀表相關（量程）的影響越小越好。
顯然b/a越小，a+b模式越接近a模式。
在滿量程點，讀數等于量程，因此，在滿量程處，a+b相同時，功率分析儀基本誤差相同。
采用傳統的準確度等級表示功率分析儀基本誤差時，功率準確度等級只與a+b的和有關。
然而，在非滿量程點，其誤差不同，圖1為0.01%讀數+0.04%量程和0.04%讀數+0.01%量程兩款功率分析儀在0.5%～100%量程范圍內的相對誤差曲線。圖中，量程相關誤差已經轉變為讀數相關誤差。由圖可知，當讀數較小時，后者的精度遠遠優于前者。
圖1 滿量程基本誤差相同的兩款高精度功率分析儀基本誤差對比圖
作為通用性的結論：當a+b為相同數值時，b越小，功率分析儀適用范圍越寬，或者說功率分析儀的整體精度越高。
目前大多功率分析儀基本誤差采用a+b模式標稱，然而，通常并不滿足標準中提到的a≥4b。
例如：對于45Hz～66Hz正弦波，就電壓電流精度而言：
橫河WT3000高精度功率分析儀基本誤差為0.01%讀數+0.03%量程，b>a。
FLUKE的NORMA5000寬頻功率分析儀基本誤差（采用PP64功率單元時）為0.02%讀數+0.01%量程，b<4a。
三改進后的功率分析儀基本誤差
按照“GBT 22264.1-2008 安裝式、數字顯示電測量儀表 第1部分：定義和通用要求”的規定和思路，假如我們規定a>>b，例如，要求a≥128b，那么，在很寬的范圍內，儀表的基本誤差主要取決于a。
AnyWay系列變頻功率分析儀就是一種在一定范圍內，其測量誤差只取決于讀數，而與量程無關的電測量儀器。其C型功率單元，在0.5%～100%滿量程范圍之內，電壓，電流的測量誤差不大于：
±讀數的0.2%。
AnyWay系列變頻功率分析儀的功率單元的電壓、電流測量均設置了8個檔位，每個檔位只測量在本檔位量程的50%~100%范圍內的信號。每個檔位的基本誤差為0.1%量程，這樣，每個檔位的最大基本誤差為0.2%讀數。8個檔位結合在一起，可實現1/256～1倍的最大量程內，測量結果的基本誤差小于0.2%。
圖2 AnyWay系列變頻功率分析儀基本誤差示意圖
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