如何選擇電壓測試模式
在工程師的日常測試中，有時會發(fā)現(xiàn)用萬用表測試的結果與許多高精度的儀器測試的結果并不一致，工程師往往會陷入迷茫，到底哪個值才是正確的?原來，選擇不同的測量模式，會導致結果大相徑庭，本文將對最常見的4種測量模式進行解析，大家莫要傻傻分不清。
測試同樣一個信號，不同的計算方式與測量模式將會得出完全不同的結果，最常用的4種測量模式包括：RMS(真有效值也稱有效值或均方根值)、MEAN(校準到有效值的整流平均值也稱校正平均值)、DC(簡單平均值也稱直流分量)、RMEAN(整流平均值也稱平均值)。每一種測量模式是怎么計算的，如何應用，本文將進行詳細說明。
RMS(真有效值)
真有效值簡單而言即代表一交流電相當于多大數(shù)值的直流電在單位時間內(nèi)所做的功，真有效值為10V的交流電與10V的直流電對相同的負載在相同的時間下所做的功相同。舉個例子來說有一組100伏的電池組，每次供電10分鐘之后停10分鐘(模擬出交流信號)，如果這組電池帶動的是10Ω電阻，供電的10分鐘內(nèi)，產(chǎn)生的電流I=U/R=10A，功率P=U*I=1000W的功率，停電時電流和功率為零,那么在20分鐘的其平均功率為500W。這相當于多少V的直流電向10Ω電阻供電所產(chǎn)生的功率呢?通過公式P=U2/R推導，得出電壓U等于70.71V，這個電壓就是我們模擬的交流信號的真有效值。
真有效值的理論計算公式為
在儀器測量中，計算值是基于采樣點計算得到，因此儀器中的真有效值的計算公式為：
因其計算過程為先平方，再求和，最后開根號，所以又稱均方根值。由公式可知采樣點數(shù)N會直接影響結果的準確性。平時我們用萬用表、功率分析儀測試電壓都采用RMS模式，對于工頻情況下的規(guī)則正弦波而言，萬用表與功率分析儀測試結果幾乎沒有區(qū)別，但是假如電壓信號不是規(guī)則的正弦波或頻率比較高時，萬用表受限于其采樣點數(shù)，其測試結果會出現(xiàn)明顯偏差，這也是現(xiàn)在變頻行業(yè)萬用表測不準的原因所在。
DC(簡單平均值-直流偏置)
對于DC值，理解起來就比較簡單，那就是被測信號中所含有的直流分量，比如我們?nèi)粘Ｉ钪械膯蜗喙ゎl電，理論上其DC值為0，DC值的計算公式為：
,在測試過程中可以切換到Udc模式，查看信號的直流分量。
RMEAN(整流平均值)
整流平均值簡單而言即代表此一交流電在全波整流后相同時間內(nèi)波形圍出的面積與多大數(shù)值直流信號圍出的面積相同。假設有一周期為T的交流電壓，經(jīng)過整流后，在一周期內(nèi)圍出的面積為：
而同一時間的直流信號圍出的面積為：S2=U*T，S1=S2，故Urmn值理論上為可得到：
同樣在測試儀器中，計算值是基于采樣點計算，可以得到Urmn值為：
整流平均值在平時測試時使用的較少，但其存在有很大的意義，為什么呢?我們接下來看。
MEAN(校正平均值)
校正平均值一般用于替代正弦交流電的有效值。依據(jù)是正弦波的波形因數(shù)是一個常數(shù)，測量出整流平均值之后，乘以波形因數(shù)就得到校準平均值，而這個校正平均值在數(shù)值上等于正弦信號的有效值。正弦波的波形因數(shù)為
因此，校準平均值=
*整流平均值，即
，由公式可知波形因數(shù)固定為
所以校正平均值等于有效值只有在被測信號為正弦波時才成立，反之也可以認為校正平均值反映的是基波有效值，因此在一定程度上Umn值可以作為基波有效值，特別是在變頻器等場合經(jīng)常被用到。但是需要強調(diào)的是，隨著技術的發(fā)展，調(diào)制信號并非正弦，PWM波往往是脈沖或方波，所以只用Umn值來代替基波有效值還是存在誤差，最好的方式是通過功率分析儀的FFT運算后，列出各次諧波含量，直接查看基波數(shù)據(jù)。
看到這里，已經(jīng)闡述了4種電壓模式的基本概念了，下面我們用兩個實際測試數(shù)據(jù)來對比各種電壓模式。
案例一，測試電網(wǎng)電壓，為了得到更標準的正弦波消除諧波的影響，我們在測試時加了100Hz的線路濾波器，如下圖所示：
測試得到各個模式數(shù)據(jù)如下：
從數(shù)據(jù)中可以看到，因為是正弦波Urms和Umn非常接近，Udc≈0，Umn和Urmn相比等于1.1107≈
圖中Cff1就是波形因素，Cff1=1.110，也驗證了被測信號是非常規(guī)則的正弦波。
案例二，測試一個直流信號，查看各個模式下電壓的數(shù)據(jù)，如下圖所示：
因為是直流信號，所以測試得到的Urms、Udc、Urmn值相等，而Umn是通過Urmn計算得到，所以Umn值不等于Urms。從圖中可以看到Uff=1.000，說明直流信號的波形因素為1。
通過以上分析，我們知道了不同模式下的數(shù)據(jù)含義，以及在不同場合如何選擇合適的模式來查看自己所需的數(shù)據(jù)。以上的案例數(shù)據(jù)是通過致遠電子的PA系列功率分析儀測試所得，PA系列功率分析儀提供多種電壓模式以滿足不同客戶應用需求，適用于各種功率場合測量測試，在國內(nèi)外得到了用戶的廣泛認可。
下載文檔
