如何选购功率表(Power Meter)


交流电源功率表系用来测量设备在115/230V, 50/60Hz电源线上的功率消耗。
近年来,由于能源控制及环保之需求,因此精密电流、瓦特及功率因素之量测是首要任务之一。本文中将说明功率表之原理及如何从市场中选购最适合的功率表。

1. 功率表的原理

根据定义,功率表所测量之参数如下:




(注:交流电路以Vrms, Arms最主要的目地即是在电阻性负载下(PF=1),其功率值等于均方根值电压与电流之乘积,即W= Vrms x Arms at PF=1,此时与直流电路之功率计算是相容的)。

功率因素系指电压与电流波形之关系,上面的公式为一通案,即任何状况下均可以上述公式来计算功率因素,传统常使用的公式 P.F=cos仅适用于电压与电流波形均为正弦波的情形下。实务上仅适用于马达之电感性负载,而今天绝大多数的电子设备其负载型式为整流式之电容性负载,其电流不为正弦波,故需以 W/VrmsxArms 来计算才正确。




2. 功率表之实现方式

根据上述功率表原理之公式,功率表之实现方式可分为类比式转换器与数位式转换器,分述如下:


2.1 类比式转换器以数位读值显示

使用类比 IC 元件做乘法(平方)、开根号及积分等电路来完成上述之公式。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 位半的 A/D 转换器,将此直流电压转换为相对之数位显示,其方块图如下所示。


2.2 数位式转换器以数位读值显示

使用高速A/D转换器对电压电流波形同时取样,( 即如双轨数位示波器)然后使用中央处理器 CPU 与软体(依据下列之公式)来得到Vrms、Arms、Watt 的结果于显示器上,其方块图如下所示。

此种方式,当电压电流波形于一周期内的取样数愈多又 A/D 转换器的解析度愈高时,便可得到更佳的精确度。 4010/4011 于一周内同时对电压和电流波形取样 256 次,并使用12位元的高速 A/D 转换器,便可得到优于0/1%的精确度。





3. 那些是功率表中重要的规格

3.1 规格 

3.1.1 精确度

精确度应该愈精确愈好。一般而言,精确度的标示包含了二个部份,即档位(range)及读值(reading)部份,其中档位部份为固定误差,读值部份则随读值大小而变,因此您必须确定功率表的解析度及精确度均能符合您所需测试之需求。无疑的,数位式转换器能提供远较类比式转换器更佳的精确度,这是由于在数位式转换器中仅有 A/D 转换误差,而类比式转换器却有 RMS转换、Watt 转换、PF 转换及 A/D 转换等误差之总合。

3.1.2 电流的峰值系数

一般而言,绝大部份的负载电流是失真、脉冲式的波形,因此需选择适当的电流档位才不致电流峰值超过档位范围而得不到正确之测量结果。但若使用数位式转换器,其设计可具有自动峰值检知并换档之功能,便可避免上述之误差。所谓峰值系数为峰值÷RMS值,以正弦波为例,峰值系数为 1.414÷1=1.414,一般电子设备负载电流之范围约为 2.0~3.0之间。

3.1.3 有效测量范围

有效测量范围系指在功率表标示精确度之规格内对输入电压电流之有效测量范围,一般而言,类比式转换器的有效测量范围为 10%到 100%,而数位式转换器可达1%到100%,这对动态范围广且对低耗能源之环保产品显得格外重要,因为一旦不在有效范围内,其误差便急剧增加,影响测量之品质及正确度。

3.1.4 校正周期

任何测量仪表均需定期校验,才可确保品质,而功率表之校验周期依不同工作原理而有所差异。类比式转换器由于有零件老化、漂移及温度等因素,影响仅3~6个月即需校验,而数位式转换器则可达一年。

3.2 要求试用/展示及做确认 

这是最实际的方式来了解功率表是否适合用来测量您的产品,下列验证方式可提供实用有效的参考。

3.2.1 不同厂牌 / 机型的 Power Meter 以一固定的产品用不同厂牌 / 机型的 Power Meter来测量,比较每个 Power Meter 的读值结果,如此便可了解功率表之特性、规格、原理等的差异性。

3.2.2 以一固定产品将其电源输入分别设定为 115V及230V,然后测试并记录结果。一般而言,同一台的功率表的读值应该十分接近,实际上于230V 时的功率读值通常会比 115V时为小,这是由于产品内部的电源供应器在230V时,其功率损耗较小的缘故。




4. 结论

博计的 4010/4011 数位化功率表是采用数位式转换器,具有 0.1% 的精确度,自动向上换档以避免产生电压、电流之不正确测量,从1%起的有效测量范围及可靠的一年校验周期。 4010/4011经各大厂商使用后,证实具有优异的一致性测量(对115V及230V而言),高精确度及高价格功能比,并具备 GPIB 标准介面,是一部值得您信赖又可解决贵公司产品之功率量测的最佳方案。