高精度功率分析仪基本误差探讨
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- 发布时间：2013/10/21 15:08:04
- 作者：AnyWay中国
一、功率分析仪基本误差表达方式概述
1、b模式_传统电测量仪表的基本误差表达方式
高精度功率分析仪属于电测量仪表，传统的电测量仪表的基本误差通常采用准确度等级表示，而准确度等级指数通常就是仪表的误差的百分数的分子。
例如：高精度功率分析仪基本误差为：
±b%量程。
2、a+b模式_数字式高精度功率分析仪基本误差表达方式
数字式高精度功率分析仪基本误差也常用下述方式表示：
±(a%读数+b%量程)。
a为与读数（被测量）相关的误差系数；
b为与量程（仪表属性）相关的误差系数。
我们称基本误差的这种表达方式为a+b模式。
3、a模式_数字式高精度功率分析仪基本误差的理想表达方式
若测量结果的准确度只与读数有关，而与功率分析仪的量程无关，那么，功率分析仪基本误差可以表示为：
±a%读数。
我们称基本误差的这种表达方式为a模式。
二、功率分析仪基本误差不同表达方式的对比
事实上，功率分析仪基本误差可以同意采用a+b模式表示，因为a模式和b模式分别是a+b模式在b=0和a=0时的特例。
为此，我们先分析a模式和b模式的主要区别：
假设功率分析仪（功率表）基本误差为0.2%，量程均为1000kW。
1、b模式基本误差
需要知道功率分析仪的量程X0，才能计算出绝对误差Ea，再根据被测结果X1，才能计算出本次测量的相对误差Er。
Ea=X0×b%；
Er=(Ea/X1)×100%；
可见：
b模式下，Ea为恒定值，与测量值无关。Er为变化量，且测量值X1越小，Er越大。
举例进行说明：
上述功率分析仪测量1000kW和10kW功率时，其绝对误差都是±1000kW*0.2%=±2kW，而其相对误差分别为±0.2%和±20%，显然，测量10kW功率时，功率精度较低。
并且，b模式下，为了了解测量结果的精度，记录数据X1的同时，必须记录功率分析仪的量程X0，否则，无法得知测量结果的精度。
指针式功率表基本属于这种情况，许多时候，最小刻度就是功率表的最大绝对误差。这一点，与指针式功率表的读数方式和人眼的分辨力有关。比如说，上述功率分析仪刻度盘上刻度分为100格，其基本误差必然大于或等于1格对应的数值，也就是说，其精度必然劣于1%。
指针式功率表的基本误差特点是b模式基本误差的原型。
2、a模式基本误差
其测量结果的精度与量程无关，相对误差恒为0.2%，量程范围内，不论多大的功率，都可以得到较高的测量精度。
Ea=X1×a%；
Er=(Ea/X1)×100%=a%；
a模式下，记录数据时无需记录量程，测量精度保持为恒定值。
显然，采用b模式表示功率分析仪基本误差，是我们期待的理想情况。
然而，实际情况是：客观世界中，不存在b=0的功率分析仪！
对于指针式仪表而言，这一点很容易理解。
对于数字显示的功率表或功率分析仪而言，原理也是类似的，只不过，这个读数的误差不是人为决定的，而是仪表实现模拟量至数字量转换过程中，也就是量化的过程中，仪表（AD）的分辨力有限等原因造成的。相比之下，AD的分辨力可以做到远远高于人眼的分辨力。因此，指针式功率表的精度一般较低（某些增加了读数附加装置的指针式功率表也可以做到很高的分辨力），而数字式功率分析仪的精度可以做到很高。
如果数字式功率分析仪的分辨力无穷小，并且具有良好的线性度和可重复性，那么，除了无穷小量（零点附近）之外，可实现在功率分析仪基本误差在很宽的范围内保持a模式。
3、a+b模式基本误差
综合考虑a模式的不可实现性和a模式的不足，“GB/T 22264.1-2008 安装式、数字显示电测量仪表 第1部分：定义和通用要求”规定，电测量仪表的准确度等级指数采用（a+b）表示，即：测量结果的绝对误差不超过：
△=±(a%读数+b%量程)；
并且，a≥4b。
“GB/T 22264.1-2008 安装式、数字显示电测量仪表 第1部分：定义和通用要求”规定a≥4b的目的在于：对于某次测量而言，我们更加关心的是与被测量（读数）相关的相对误差，而希望仪表相关（量程）的影响越小越好。
显然b/a越小，a+b模式越接近a模式。
在满量程点，读数等于量程，因此，在满量程处，a+b相同时，功率分析仪基本误差相同。
采用传统的准确度等级表示功率分析仪基本误差时，功率准确度等级只与a+b的和有关。
然而，在非满量程点，其误差不同，图1为0.01%读数+0.04%量程和0.04%读数+0.01%量程两款功率分析仪在0.5%～100%量程范围内的相对误差曲线。图中，量程相关误差已经转变为读数相关误差。由图可知，当读数较小时，后者的精度远远优于前者。
图1 满量程基本误差相同的两款高精度功率分析仪基本误差对比图
作为通用性的结论：当a+b为相同数值时，b越小，功率分析仪适用范围越宽，或者说功率分析仪的整体精度越高。
目前大多功率分析仪基本误差采用a+b模式标称，然而，通常并不满足标准中提到的a≥4b。
例如：对于45Hz～66Hz正弦波，就电压电流精度而言：
横河WT3000高精度功率分析仪基本误差为0.01%读数+0.03%量程，b>a。
FLUKE的NORMA5000宽频功率分析仪基本误差（采用PP64功率单元时）为0.02%读数+0.01%量程，b<4a。
三、改进后的功率分析仪基本误差
按照“GBT 22264.1-2008 安装式、数字显示电测量仪表 第1部分：定义和通用要求”的规定和思路，假如我们规定a>>b，例如，要求a≥128b，那么，在很宽的范围内，仪表的基本误差主要取决于a。
AnyWay系列变频功率分析仪就是一种在一定范围内，其测量误差只取决于读数，而与量程无关的电测量仪器。其C型功率单元，在0.5%～100%满量程范围之内，电压，电流的测量误差不大于：
±读数的0.2%。
AnyWay系列变频功率分析仪的功率单元的电压、电流测量均设置了8个档位，每个档位只测量在本档位量程的50%~100%范围内的信号。每个档位的基本误差为0.1%量程，这样，每个档位的最大基本误差为0.2%读数。8个档位结合在一起，可实现1/256～1倍的最大量程内，测量结果的基本误差小于0.2%。
图2 AnyWay系列变频功率分析仪基本误差示意图
