电压电流测试同步是准确测量功率的关键

时间:2017-12-13 13:02来源:ZLG致远电子

摘要:能测量电压、电流、功率的设备有很多,有的价值几百元,有的则价值十几万乃至几十万元,同样是测量功率,为何价格相差那么远,他们之间有什么区别呢?

能测量电压、电流、功率的设备有很多,有的价值几百元,有的则价值十几万乃至几十万元,同样是测量功率,为何价格相差那么远,他们之间有什么区别呢? 

在分享正式内容之前,先讲一个寓言故事——刻舟求剑,楚国有个渡江的人,船开到了河中间,他的剑从船里掉到水中,他立即在船边上刻了个记号,说:“这儿是我的剑掉下去的地方。”等船靠岸停了,从他刻记号的地方下水寻找剑。船已经前进了,但是剑不会随船前进,像这样找剑,又怎么可能找得到呢?

 
 
楚人必须在剑掉入水中的地方及时下河寻找,才能找到他的剑,而一旦船移动的位置,想要通过船身标记来寻找剑那肯定是找不到的。寓言本身是比喻人的眼光未与客观世界的发展变化同步,不懂得根据实际情况处理问题。但如果将这个寓言结合我们的话题来看,假设那艘船就是向前走一刻不停的时间,楚人用剑掉落时的电压和停船时的电流求电功率,那么结果可想而知会是多么的错误,大部分几百元的测试设备基本也是这种做法。

要想准确计算电功率,就必须保证电压、电流在同一时刻同时测量。
ZLG 致远电子 PA 系列高精度功率分析仪,其中最关键的一点就是保证功率测量的准确,而功率的准确测量则必须保证电压电流的同步性。下面我们就看看PA系列功率分析仪它是如何实现电压电流的同步测量的。


 
 
上图是 PA 系列功率分析仪的系统架构图,从图中可以看到一个非常关键的内容——100MHz 同步时钟。与万用表不同,功率分析仪需要同时测试电压、电流信号,并且可能同时测试多达7通道电压、电流以计算得到7路电功率。要实现电功率的准确测量,则必须保证测量电压、电流的同步性,即电压和电流信号经过 ADC 数字化过程中每一个采样点都必须发生在同一时刻,否则就无法保证测量精度。为了保证测试精度,PA 系列功率分析仪采用了业界最高的同步时钟——高稳定性温度补偿的 100MHz 同步时钟,严格保证 ADC 对各通道电压、电流的同步采样,从而保证功率精度!

100MHz 同步时钟具体是一个什么概念,我们可以通过一组数据来反映。100MHz 的同步时钟引起的最大时间误差为 10ns,对于 50Hz 工频信号(周期 20ms)而言,10ns 的时钟误差引起的相位测量误差为:


 
 
以上数据可能很多人看了并没有感觉,下面我们做一个对比,用业内常用的 10M 同步时钟与 PA 系列 100M 同步时钟对不同相位角下测量的误差做一个比对,相信大家看完之后就会明白同步时钟的重要性。(以下表格是基于被测信号为正弦波的情况下做的对比)

表 1 100M 同步时钟引起的测量误差
 
 
表 2 10M 同步时钟引起的测量误差
 
 
通过上表对比我们可以知道用了 100M 同步时钟的 PA 系列功率分析仪,即使在极低的功率因素下,甚至在功率因素低于0.01°时,依然能保证很高的功率测量精度,而使用 10M 同步时钟的仪器,其相应的功率精度则会差很多。

通过以上分析,我们可以知道同步时钟越高越能保证功率分析仪电压、电流的测量准确,从而保证功率的准确测量。特别是在高频低功率因数的情况下,其准确性会更加明显和重要。

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