功率測量儀器的“特征阻抗”

更新時間：2015-08-04

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早在初中的物理課中我們就已經(jīng)接觸到功率測量了，當(dāng)時用的是獨(dú)立的電流表和電壓表。遙想當(dāng)年，老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)什么時候電流表內(nèi)接、外接……，是不是有點(diǎn)暈了?，F(xiàn)在進(jìn)行功率測量有了功率計、功率分析儀等更的儀器，但是作為基本的測量方法，電流表內(nèi)外接產(chǎn)生的影響依然存在。

下圖分別顯示了電流表內(nèi)接和外接兩種接法。

對于功率測量儀器，我們希望電壓通道輸入阻抗無窮大，電流通道輸入阻抗無窮小。然而現(xiàn)實跟理想總有那么一點(diǎn)差距，電壓表和電流表的輸入阻抗消耗了測量回路中電能，產(chǎn)生了系統(tǒng)誤差，對測量精度的影響跟測量方法有關(guān)。

1、在確定用哪一種方法前先來計算不同情況下電壓和電流表的損耗功率。

式中R_I和R_U分別為電壓表和電流表的內(nèi)阻。從圖中得到兩個結(jié)論：

電流表內(nèi)接時，電流表讀數(shù)即為負(fù)載電流，電壓表讀數(shù)是電流表內(nèi)阻壓降和負(fù)載電壓之和，因此儀器的測量結(jié)果中包含了電流表的損耗功率P_I。
電流表外接時，電流表讀數(shù)為負(fù)載電流和電壓表電流之和，電壓表讀數(shù)即為負(fù)載電壓，因此儀器的測量結(jié)果中包含了電壓表的損耗功率P_U。

2、在特定的環(huán)境中，比較兩種接法的損耗。

根據(jù)上述3種情況的運(yùn)算結(jié)果，不同負(fù)載阻抗R_L和功率特征阻抗R_P的影響如下：

R_L>R_P電壓表損耗較大；
R_L<R_P電流表損耗較大；
R_L =R_P損耗相等。

3、選擇合適的接法提高測量精度

以上分析了不同的負(fù)載阻抗與功率特征阻抗下電表的損耗，哪到底選用哪種？需要根據(jù)測量對象選擇。以測試DC-DC轉(zhuǎn)換器效率為例，需要測量轉(zhuǎn)換器輸入功率和輸出功率。輸入功率即是轉(zhuǎn)換器吸收的功率，應(yīng)盡量減少電表的損耗，所以需要把損耗小的電表內(nèi)接，把損耗大的電表功率排除。輸出功率是轉(zhuǎn)換器提供的功率，電表損耗和負(fù)載功率都是由轉(zhuǎn)換器提供，要將電表損耗功率計入轉(zhuǎn)換器輸出功率，因此把損耗大的電表進(jìn)行內(nèi)接。

設(shè)DC-DC輸入電壓48V電流約0.3A，輸出12V電流約1A，輸出接了12Ω假負(fù)載。使用PA5000功率分析儀功率卡測量效率，電壓通道輸入阻抗2MΩ，電流通道取樣電阻0.1Ω，首先功率特征阻抗：

輸出負(fù)載阻抗12Ω<447Ω，根據(jù)結(jié)論（2）這種情況電流表將消耗更大的功率，因此測量輸出功率要把電流表內(nèi)接，PA5000測出的DC-DC輸出功率中包含了電流表的損耗功率。

輸入負(fù)載阻抗R_IN=48/0.3=160Ω<447Ω，根據(jù)結(jié)論（2）這種情況電流表將消耗更大的功率，因此要把電流表外接，電流表較大的損耗就不會計入DC-DC輸入功率中了。

輸入輸出接線如下圖所示，輸入和輸出功率的系統(tǒng)誤差更小。

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功率測量儀器的“特征阻抗”