如何選擇電壓測(cè)試模式

　　在工程師的日常測(cè)試中，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)用萬(wàn)用表測(cè)試的結(jié)果與許多高精度的儀器測(cè)試的結(jié)果并不一致，工程師往往會(huì)陷入迷茫，到底哪個(gè)值才是正確的?原來(lái)，選擇不同的測(cè)量模式，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果大相徑庭，本文將對(duì)最常見(jiàn)的4種測(cè)量模式進(jìn)行解析，大家莫要傻傻分不清。

　　測(cè)試同樣一個(gè)信號(hào)，不同的計(jì)算方式與測(cè)量模式將會(huì)得出完全不同的結(jié)果，最常用的4種測(cè)量模式包括：RMS(真有效值也稱(chēng)有效值或均方根值)、MEAN(校準(zhǔn)到有效值的整流平均值也稱(chēng)校正平均值)、DC(簡(jiǎn)單平均值也稱(chēng)直流分量)、RMEAN(整流平均值也稱(chēng)平均值)。每一種測(cè)量模式是怎么計(jì)算的，如何應(yīng)用，本文將進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

　　RMS(真有效值)

　　真有效值簡(jiǎn)單而言即代表一交流電相當(dāng)于多大數(shù)值的直流電在單位時(shí)間內(nèi)所做的功，真有效值為10V的交流電與10V的直流電對(duì)相同的負(fù)載在相同的時(shí)間下所做的功相同。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)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(hào))，如果這組電池帶動(dòng)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(shí)電流和功率為零，那么在20分鐘的其平均功率為500W。這相當(dāng)于多少V的直流電向10Ω電阻供電所產(chǎn)生的功率呢?通過(guò)公式P=U²/R推導(dǎo)，得出電壓U等于70.71V，這個(gè)電壓就是我們模擬的交流信號(hào)的真有效值。

　　真有效值的理論計(jì)算公式為 ，在儀器測(cè)量中，計(jì)算值是基于采樣點(diǎn)計(jì)算得到，因此儀器中的真有效值的計(jì)算公式為：，因其計(jì)算過(guò)程為先平方，再求和，最后開(kāi)根號(hào)，所以又稱(chēng)均方根值。由公式可知采樣點(diǎn)數(shù)N會(huì)直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。平時(shí)我們用萬(wàn)用表、功率分析儀測(cè)試電壓都采用RMS模式，對(duì)于工頻情況下的規(guī)則正弦波而言，萬(wàn)用表與功率分析儀測(cè)試結(jié)果幾乎沒(méi)有區(qū)別，但是假如電壓信號(hào)不是規(guī)則的正弦波或頻率比較高時(shí)，萬(wàn)用表受限于其采樣點(diǎn)數(shù)，其測(cè)試結(jié)果會(huì)出現(xiàn)明顯偏差，這也是現(xiàn)在變頻行業(yè)萬(wàn)用表測(cè)不準(zhǔn)的原因所在。

　　DC(簡(jiǎn)單平均值-直流偏置)

　　對(duì)于DC值，理解起來(lái)就比較簡(jiǎn)單，那就是被測(cè)信號(hào)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(jì)算公式為： ，在測(cè)試過(guò)程中可以切換到Udc模式，查看信號(hào)的直流分量。

　　RMEAN(整流平均值)

　　整流平均值簡(jiǎn)單而言即代表此一交流電在全波整流后相同時(shí)間內(nèi)波形圍出的面積與多大數(shù)值直流信號(hào)圍出的面積相同。假設(shè)有一周期為T(mén)的交流電壓，經(jīng)過(guò)整流后，在一周期內(nèi)圍出的面積為： ，而同一時(shí)間的直流信號(hào)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(cè)試儀器中，計(jì)算值是基于采樣點(diǎn)計(jì)算，可以得到Urmn值為： 。整流平均值在平時(shí)測(cè)試時(shí)使用的較少，但其存在有很大的意義，為什么呢?我們接下來(lái)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(gè)常數(shù)，測(cè)量出整流平均值之后，乘以波形因數(shù)就得到校準(zhǔn)平均值，而這個(gè)校正平均值在數(shù)值上等于正弦信號(hào)的有效值。正弦波的波形因數(shù)為 ，因此，校準(zhǔn)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(cè)信號(hào)為正弦波時(shí)才成立，反之也可以認(rèn)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(chǎng)合經(jīng)常被用到。但是需要強(qiáng)調(diào)的是，隨著技術(shù)的發(fā)展，調(diào)制信號(hào)并非正弦，PWM波往往是脈沖或方波，所以只用Umn值來(lái)代替基波有效值還是存在誤差，最好的方式是通過(guò)功率分析儀的FFT運(yùn)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(gè)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)比各種電壓模式。

　　案例一，測(cè)試電網(wǎng)電壓，為了得到更標(biāo)準(zhǔn)的正弦波消除諧波的影響，我們?cè)跍y(cè)試時(shí)加了100Hz的線路濾波器，如下圖所示：

　　測(cè)試得到各個(gè)模式數(shù)據(jù)如下：

　　從數(shù)據(jù)中可以看到，因?yàn)槭钦也║rms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(yàn)證了被測(cè)信號(hào)是非常規(guī)則的正弦波。

　　案例二，測(cè)試一個(gè)直流信號(hào)，查看各個(gè)模式下電壓的數(shù)據(jù)，如下圖所示：

　　因?yàn)槭侵绷餍盘?hào)，所以測(cè)試得到的Urms、Udc、Urmn值相等，而Umn是通過(guò)Urmn計(jì)算得到，所以Umn值不等于Urms。從圖中可以看到Uff=1.000，說(shuō)明直流信號(hào)的波形因素為1。

　　通過(guò)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(chǎng)合如何選擇合適的模式來(lái)查看自己所需的數(shù)據(jù)。以上的案例數(shù)據(jù)是通過(guò)致遠(yuǎn)電子的PA系列功率分析儀測(cè)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(yīng)用需求，適用于各種功率場(chǎng)合測(cè)量測(cè)試，在國(guó)內(nèi)外得到了用戶的廣泛認(rèn)可。