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在直流和低頻范圍,可以通過測量電壓和電流計算功率,功率的瞬時值可用下式表示:

對于周期為T的周期信號,一個周期內(nèi)的瞬時功率的平均值,稱為有功功率。有功功率按下式計算:

對于正弦電路,下式成立:

上式中,U、I分別為正弦交流電的有效值,φ為電壓與電流信號的相位差。

對于非正弦電路,假設(shè)U、I為交流電量n次諧波分量的有效值,φ為電壓n次諧波分量與電流n次諧波分量的相位差,P為n次諧波分量的有功功率,上式仍然成立。當(dāng)n=1時,P為基波有功功率。

在超高頻和微波頻段,有TEM波和非TEM波之分。在TEM波的同軸系統(tǒng)中,電壓和電流雖有確切含意,但測量其絕對值很困難。在波導(dǎo)系統(tǒng)中,因為存在不同的電磁模式,電壓和電流失去唯一性。在個頻段和各傳輸系統(tǒng)中,功率是單值表征信號強(qiáng)度的重要方法。在射頻范圍直接測量功率代替了電壓和電流的測量。

另一種常用的功率單位以分貝毫瓦(dBm)表示。它以1毫瓦為基準(zhǔn)電平P0=1mW,實際功率值P(mW)與P0比較后取對數(shù)。這是功率的絕對單位。

也可用分貝瓦(dBW)作為功率單位,此時P0=1W,即1 dBW=30 dBm。

由于直流功率等于電壓和電流的簡單乘積,實際測量中,一般采用電壓表和電流表替代。工頻功率計是應(yīng)用較普遍的功率計,常說的功率計一般都是指工頻功率計。變頻功率計是21世紀(jì)變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。其測量對象為變頻電量,變頻電量是指用于傳輸功率的,并且滿足下述條件之一的交流電量:

1、信號頻譜僅包含一種頻率成分,而頻率不局限于工頻的交流電信號。

2、信號頻譜包含兩種或更多的被關(guān)注的頻率成分的電信號。

變頻電量包括電壓、電流以及電壓電流引出的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能、無功電能等。

除了變頻器輸出的PWM波,二極管整流的變頻器輸入的電流波形,直流斬波器輸出的電壓波形,變壓器空載的輸入電流波形等,均含有較大的諧波,右圖中為常見變頻電量的波形及相關(guān)頻譜圖。

由于變頻電量的頻率成分復(fù)雜,變頻功率計的測量一般包括基波有功功率(簡稱基波功率)、諧波有功功率(簡稱諧波功率)、總有功功率等,相比工頻功率計而言,其功能較多,技術(shù)較復(fù)雜,一般稱為變頻功率分析儀或?qū)掝l功率分析儀,部分高精度功率分析儀也適用于變頻電量測量。

變頻功率分析儀可以作為工頻功率分析儀使用,除此之外,一般還需滿足下述要求:

1、滿足必要的帶寬要求,并且采樣頻率應(yīng)高于儀器帶寬的兩倍。

2、要求分析儀在較寬的頻率范圍之內(nèi),精度均能滿足一定的要求。

3、具備傅里葉變換功能,可以分離信號的基波和諧波。

射頻或微波功率計按照在測試系統(tǒng)中的連接方式不同,又可分為:

有終端式和通過式兩種。終端式功率計把功率計探頭作為測試系統(tǒng)的終端負(fù)載,功率計吸收全部待測功率,由功率指示器直接讀取功率值。通過式功率計,它是利用某種耦合裝置,如定向耦合器、耦合環(huán)、探針等從傳輸?shù)墓β手邪匆欢ǖ谋壤�耦合出一部分功�?送入功率計度量,傳輸?shù)目偣β实扔诠β视嬛甘局党艘员壤�系�?shù)。

射頻或微波功率計按的靈敏度和測量范圍分類

測熱電阻型功率計使用熱變電阻做功率傳感元件。熱變電阻值的溫度系數(shù)較大。被測信號的功率被熱變電阻吸收后產(chǎn)生熱量,使其自身溫度升高,電阻值發(fā)生顯著變化,利用電阻電橋測量電阻值的變化,顯示功率值。

熱電偶型功率計熱電偶型功率計中的熱偶結(jié)直接吸收高頻信號功率,結(jié)點溫度升高,產(chǎn)生溫差電勢,電勢的大小正比于吸收的高頻功率值。

量熱式功率計典型的熱效應(yīng)功率計,利用隔熱負(fù)載吸收高頻信號功率,使負(fù)載的溫度升高,再利用熱電偶元件測量負(fù)載的溫度變化量,根據(jù)產(chǎn)生的熱量計算高頻功率值。

晶體檢波式功率計晶體二極管檢波器將高頻信號變換為低頻或直流電信號。適當(dāng)選擇工作點,使檢波器輸出信號的幅度正比于高頻信號的功率。

按被測信號分類

有連續(xù)波功率計和脈沖峰值功率計。

以下是變頻功率分析儀的典型技術(shù)指標(biāo)

帶寬:50kHz~100kHz;

采樣頻率:大于帶寬的2倍;

電壓、電流準(zhǔn)確級:0.02級、0.05級、0.1級、0.2級、0.5級;

功率準(zhǔn)確級:0.05級、0.1級、0.2級、0.5級、1級;

準(zhǔn)確級適用基波頻率范圍:DC,0.1Hz~400Hz;

準(zhǔn)確級適用電壓范圍:0.75%Un~150%Un;

準(zhǔn)確級適用電流范圍:1%In~200%In;

準(zhǔn)確級適用功率因數(shù)范圍:0.05~1。

射頻

以下是射頻功率計的典型技術(shù)指標(biāo)

功率范圍

保證測量精度的可測功率最大值和最小值范圍。功率計的功率范圍決定于功率探頭。

最大允許功率

探頭不被損壞的最大輸入功率值,通常指平均功率。在測量大功率峰值信號時,注意峰值電壓不能超過一定值,否則造成電壓擊穿。使用功率計時絕對不能測量大于允許功率值的信號,否則會造成功率探頭燒毀。

頻率范圍

能保證測量精度和性能指標(biāo)的被測信號的頻率范圍。

測量精度

指功率探頭校準(zhǔn)修正后的精度。不包括測試系統(tǒng)的失配誤差。

穩(wěn)定性

功率計的穩(wěn)定性取決于功率探頭的穩(wěn)定性和指示器的零漂及噪聲干擾。

響應(yīng)時間

也稱功率傳感元件的時間常數(shù)。通常指功率指示器上升到穩(wěn)定值的64%所需的時間。

探頭的型號、阻抗

選用功率計探頭時,功率探頭的使用頻率、功率范圍必須與被測信號一致,探頭傳輸線的結(jié)構(gòu)和阻抗應(yīng)與被測傳輸線相互匹配。

技術(shù)參數(shù)

頻率范圍 9KHz~110GHz(取決于傳感器)

功率范圍 -70~+44dBm

測量精度 絕對精度: (對數(shù))±0.02dB ;(線性)±0.5%

相對精度: (對數(shù))±0.04dB ; (線性)±1.0%

分辨率 對數(shù)方式:1.0 ;0.1 ;0.01 和 0.001 dB (默認(rèn)設(shè)置:0.01 dB)

線性方式:1~4位數(shù) (默認(rèn)設(shè)置:3位數(shù))

SWR 1.06最大值(選件003 可到1.08)

適用傳感器:E系列傳感器、8480系列傳感器

常見應(yīng)用 現(xiàn)場平均值功率測量(比如現(xiàn)場維修服務(wù))

保修及校準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)配置:全球3年保修和2年校準(zhǔn)周期

操作步驟

將探頭和主機(jī)通過電纜連接

開機(jī)預(yù)熱后將探頭接到主機(jī)校準(zhǔn)源,按校準(zhǔn)鍵校準(zhǔn)

校準(zhǔn)結(jié)束后將探頭取下,置入測試點頻率進(jìn)行測量

注意事項

使用前注意功率計和被測信號共地

注意探頭方向和量程的選擇

勿將功率計本該接天線的端口接在設(shè)備的射頻發(fā)射端,容易燒毀功率計

測量前注意利用校準(zhǔn)源校準(zhǔn)

使用功率計時頻率和被測頻率應(yīng)一致

當(dāng)測量功率小于-50dBm時應(yīng)在測試前校零

用于測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統(tǒng)中,測量光功率是最基本的,非常像電子學(xué)中的萬用表。在光纖測量中,光功率計是重負(fù)荷常用表。通過測量發(fā)射端機(jī)或光網(wǎng)絡(luò)的絕對功率,一臺光功率計就能夠評價光端設(shè)備的性能。用光功率計與穩(wěn)定光源組合使用,則能夠測量連接損耗、檢驗連續(xù)性,并幫助評估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。 針對用戶的具體應(yīng)用,要選擇適合的光功率計,應(yīng)該關(guān)注以下各點:

1、選擇最優(yōu)的探頭類型和接口類型

2、評價校準(zhǔn)精度和制造校準(zhǔn)程序,與你的光纖和接頭要求范圍相匹配。

3、確定這些型號與你的測量范圍和顯示分辨率相一致。

4、具備直接插入損耗測量的 dB功能。

電氣試驗

變頻功率分析儀適用于電力推進(jìn)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通、電動汽車、變頻器、特種變壓器、熒光燈、LED照明等領(lǐng)域的產(chǎn)品檢試驗、能效評測及電能質(zhì)量分析。