常見問題

如何選購功率錶 (Power Meter)

交流電源功率錶係用來測量設備在115/230V, 50/60Hz電源線上的功率消耗。

近年來,由於能源控制及環保之需求,因此精密電流、瓦特及功率因素之量測是首要任務之一。本文中將說明功率錶之原理及如何從市場中選購最適合的功率錶。

1. 功率錶的原理

根據定義,功率錶所測量之參數如下:

1.1均方根值電壓及電流(Vrms, Arms) 

(註:交流電路以Vrms, Arms最主要的目地即是在電阻性負載下(PF=1),其功率值等於均方根值電壓與電流之乘積,即W= Vrms x Arms at PF=1,此時與直流電路之功率計算是相容的)。

功率因素係指電壓與電流波形之關係,上面的公式為一通案,即任何狀況下均可以上述公式來計算功率因素,傳統常使用的公式 P.F=cos僅適用於電壓與電流波形均為正弦波的情形下。實務上僅適用於馬達之電感性負載,而今天絕大多數的電子設備其負載型式為整流式之電容性負載,其電流不為正弦波,故需以 W/VrmsxArms 來計算才正確。

2. 功率錶之實現方式

根據上述功率錶原理之公式,功率錶之實現方式可分為類比式轉換器與數位式轉換器,分述如下:

2.1類比式轉換器以數位讀值顯示 

使用類比 IC 元件做乘法 (平方)、開根號及積分等電路來完成上述之公式。經轉換後,得到-直流電壓,此直流電壓與 Vrms、Arms、Watt 成正比,然後用低速的 3 位半或 4 位半的 A/D 轉換器,將此直流電壓轉換為相對之數位顯示,其方塊圖如下所示。

2.2數位式轉換器以數位讀值顯示

使用高速A/D轉換器對電壓電流波形同時取樣,( 即如雙軌數位示波器) 然後使用中央處理器 CPU 與軟體 (依據下列之公式) 來得到Vrms、Arms、Watt 的結果於顯示器上,其方塊圖如下所示。

此種方式,當電壓電流波形於一週期內的取樣數愈多又 A/D 轉換器的解析度愈高時,便可得到更佳的精確度。4010/4011 於一週內同時對電壓和電流波形取樣 256 次,並使用12位元的高速 A/D 轉換器,便可得到優於0/1%的精確度。

3. 那些是功率錶中重要的規格

3.1規格

3.1.1精確度 
精確度應該愈精確愈好。一般而言,精確度的標示包含了二個部份,即檔位 (range) 及讀值 (reading) 部份,其中檔位部份為固定誤差,讀值部份則隨讀值大小而變,因此您必須確定功率錶的解析度及精確度均能符合您所需測試之需求。無疑的,數位式轉換器能提供遠較類比式轉換器更佳的精確度,這是由於在數位式轉換器中僅有 A/D 轉換誤差,而類比式轉換器卻有 RMS轉換、Watt 轉換、PF 轉換及 A/D 轉換等誤差之總合。

3.2電流的峰值係數
一般而言,絕大部份的負載電流是失真、脈衝式的波形,因此需選擇適當的電流檔位才不致電流峰值超過檔位範圍而得不到正確之測量結果。但若使用數位式轉換器,其設計可具有自動峰值檢知並換檔之功能,便可避免上述之誤差。 所謂峰值係數為峰值÷RMS值,以正弦波為例,峰值係數為 1.414÷1=1.414,一般電子設備負載電流之範圍約為 2.0~3.0之間。

3.1.3有效測量範圍
有效測量範圍係指在功率錶標示精確度之規格內對輸入電壓電流之有效測量範圍,一般而言,類比式轉換器的有效測量範圍為 10%到 100%,而數位式轉換器可達1%到100%,這對動態範圍廣且對低耗能源之環保產品顯得格外重要,因為一旦不在有效範圍內,其誤差便急劇增加,影響測量之品質及正確度。

3.1.4校正週期 
任何測量儀錶均需定期校驗,才可確保品質,而功率錶之校驗週期依不同工作原理而有所差異。類比式轉換器由於有零件老化、漂移及溫度等因素,影響僅3~6個月即需校驗,而數位式轉換器則可達一年。

3.3要求試用/展示及做確認 
這是最實際的方式來暸解功率錶是否適合用來測量您的產品,下列驗證方式可提供實用有效的參考。

3.2.1不同廠牌 / 機型的 Power Meter 以一固定的產品用不同廠牌 / 機型的 Power Meter來測量,比較每個 Power Meter 的讀值結果,如此便可瞭解功率錶之特性、規格、原理等的差異性。

3.2.2以一固定產品將其電源輸入分別設定為 115V及230V,然後測試並記錄結果。一般而言,同一台的功率錶的讀值應該十分接近,實際上於230V 時的功率讀值通常會比 115V時為小,這是由於產品內部的電源供應器在230V時,其功率損耗較小的緣故。

4. 結論

博計的 4010/4011 數位化功率錶是採用數位式轉換器,具有 0.1% 的精確度,自動向上換檔以避免產生電壓、電流之不正確測量,從1%起的有效測量範圍及可靠的一年校驗週期。 4010/4011經各大廠商使用後,證實具有優異的一致性測量 (對115V及230V而言),高精確度及高價格功能比,並具備 GPIB 標準介面,是一部值得您信賴又可解決貴公司產品之功率量測的最佳方案。

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