数字功率计

电量测量仪全名为智能电量测量仪，又名数字功率计、电参数测试仪、电功率表、电力参数测量仪、电能综合测试仪，俗称电器耗电功率表，国际通用名：Digital Power Meter，简称DPM，主要功能是进行一些电量、电参数的测试，主要用来测定相关设备的电力参数，如电压、电流、电功率等。电量测量仪叫法很多，种类也多。按测试类型可分为：基本型功率计、报警型功率计、交直流两用型功率计、通讯型功率计、电能积分型功率计、谐波分析型功率计、高精度功率计等；电参数综合测量仪主要也分为数字电力参数测量仪、单相电力参数测量仪、三相电力参数测量仪等。

电功率表最常用的是交流电源功率表，用来测量电器设备在市电运行中电气所消耗的功率。近年来，由于能源紧缺及环保需求，进行精密电流、瓦特及功率因素测量非常重要。本文将重点说明交流功率表的原理和测试方法，以及如何选购合适的电器耗电功率表或电参数综合分析仪(Power Meter)。

一、功率表的原理

根据定义，电器耗电功率表功率表所测量参数如下：

1.1 均方根电压和电流(Vrms/Arms)：

电阻性负载下(PF＝1)，交流电路以Vrms和Arms为单位，其功率值等于均方根电压与电流乘积，即W＝Vrms x Arms，与直流电路功率计算公式兼容：

功率因素指电压与电流波形关系，上面公式具有通用性，即任何状况下均可以用上述公式计算功率因素，传统公式P.F=cos⊙，仅适用于电压与电流波形均为正弦波的情形，实际上仅适用于马达电感性负载。而今，绝大多数的电子设备其负载型式为整流式电容性负载，其电流不为正弦波，故需以W ÷（Vrms × Arms ）来计算功率因素。

二、功率表的工作原理和测量方法

根据上述功率表计算公式，功率表的工作原理分为以下二种：模拟式转换器与数字式转换器。

2.1 模拟式转换器以数字显示

使用模拟IC元件做乘法、开方及积分等电路来完成上述公式。经转换后得到直流电压，此直流电压与Vrms、Arms、Watt成正比，然后用低速的3位半或4位半A/D转换器，将此直流电压转换为相应的数字读数，其方块图如下：

2.2 数字式转换器以数字显示

使用高速A/D转换器对电压电流波形同时取样(类似双通道数字示波器)，然后通过程序(按照下列公式)进行计算得到Vrms、Arms、Watt的结果并显示。当电压电流波形在周期内取样数愈多且A/D转换器分辨率愈高时，可得到更佳精度。海洋仪器(010-62176785)推出的4010A、4011A、4012A功率表在一周内同时对电压和电流波形取样256次，并使用12位高速A/D转换器，具有优于0.1%的精确度，其方块图如下：

2.3 功率表测量方法

交流电参量功率的主要测量方法有三种：

方法1：将交流电参量转换为正比于输入的直流电压后进行A/D采样，获得电参数测量值。应用该方法的测量仪器结构简单、成本低，在波形无畸变状态下能取得较好精度，但是在波形有较大畸变时，测量精度较差。

方法2：将交流电参量进行调理，转换为正比于输入的电压信号，再用高速A/D对波形进行高速周期采样，采样频率 f 决定了测量的最高谐波频率，适合较复杂的周期波形测量，测量精度高，频率范围宽。

方法3：采用DSP技术，对任意波形信号进行高速实时采样，实时计算测量结果。优点：适用于任意波形的测量，测量精度高，频率范围宽。

三、功率表重要参数

功率表的参数很多，选择电参数功率表时，考虑的主要指标与参数如下：

①精确度：精确度应该愈精确愈好。一般而言，精确度标示一般包含二个R部份，即量程 (range) 及读值 (reading) ，其中量程档位为固定误差，读值部份则随读值大小而变，因此您必须确定功率表的分辨率及精确度均能符合您的需求。毋庸置疑，数字式转换器能提供远较模拟式转换器更佳的精确度，在数字式转换器中仅有 A/D 转换误差，而模拟式转换器却有RMS转换、Watt转换、PF转换及A/D转换等误差之总合。

②电流峰值系数：一般而言绝大部份负载电流是失真和脉冲式波形，因此需要选择适当的电流量程才不致使电流峰值超过量程而得不到正确的结果，有的功率计具有自动峰值检测功能，可避免此类问题发生。峰值系数为峰值÷RMS值，正弦波峰值系数为1.414，一般电子设备峰值系数约为2.0～3.0。

③有效测量范围：指在功率表的标示的精确度范围内对输入电压电流的有效测量范围，模拟式转换器有效测量范围为10%到100%，而数字式转换器可达1%到100%，对应动态范围广和低能耗环保产品非常重要，因为一旦不在有效范围內，其误差便急剧增加，影响測量品质及正确度。

④校正周期：任何测量仪表均需定期校验，才可确保质量，而功率表校验周期依不同工作原理而有所差异。模拟式转换器由于零件老化、漂移和温度等影响，3～6个月需要校正，而数字式转换器1年需要校正。

⑤确认实际测试：这是最实用的方法来了解功率表是否适合测量您的产品，把一固定电子产品将电源输入外接电压分别设定为115V和220V，用不同型号的功率表测量并记录结果。一般来说115V和220V时同一台功率表的读数十分接近，实际上由于功率表内部的电源在220V时功率损耗较小，220V的测量结果通常会比115V略小。

⑥能进行电子产品待机功耗测试：待机时电子产品内的开关电源电流小，并且波形差，为了保证测量准确，需要使用积分式小电流的功率表，例如海洋仪器推出的PA310数字功率计。

电磁干扰测试仪器：http://www.hyxyyq.com/wz/news/xpxx/90.html