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真有效值RMS如何准确测量
来源: | 作者:泰勤科技 | 发布时间: 2024-11-05 | 921 次浏览 | 分享到:

图1所示的电路框图对器件和系统有着严格的要求,但是通常也具有较小的误差和宽带宽的优点。但是,热转换单元R1和 S1、R2和S2具有一定,且固定的时间常数,所以对于过低频率的信号,需要较长时间才能稳定,并且温度波动会较大,所以了这种真有效值计算方案的低频性能不好。

显式计算

显式计算就是按照真有效值的数学定义进行每一步运算。真有效值除了热量角度的定义外,还有一个数学定义,包括求信号的平方、取平均值、获得其平方根,显而易见,显示计算是利用乘法器和运算放大器直接进行平方、平均值和平方根计算。平方可以使用乘法器完成,平均可以使用低通滤波器完成,开方可以使用运放和乘法器完成。

显式计算法框图如图2所示,因为是连续的模拟测量,所以选择性能优秀的乘法器和运放可以实现相对不错的精度和带宽。但是因为经过平方器后的信号振幅范围会变得更大,为保证后级电路能够进一步处理,必须限制信号的动态范围,因此显式计算方法的动态范围有限。例如,如果输入信号的动态变化范围为20dB(1V至10V的输入),那么平方器输出信号的动态范围将达到40dB(平方器输出=1V至100V)。因此这类方法如果是单级运算则输入动态范围最大约为10:1,则最大可以实现20dB的动态范围。

图2 显式计算框图

数字测量简介

模拟测量可以连续进行测量,给出测量结果,但是一般带宽和精度相对较低,因为其使用了低通滤波器进行平均运算,如果实现测量结果稳定,则必须使用极低的截止频率,而截止频率低这会导致测量速度非常慢。

一种更高精度、更高带宽、更快速度的测试方法就是使用数字方法进行测量。数字测量使用前面推导的数字定义的公式,将模拟信号离散化,离散过程就是ADC对模拟信号采样的过程,如图4所示示意了一个3位分辨率的ADC对正弦信号离散化的过程。当采样率远远高于被测信号的频率时,即ADC的两个采样结果之间的时间间隔Δt非常短,这时我们可以近似认为在Δt时间内被测信号的值没有变化,就是ADC的采样值。然后我们利用真有效值的数学定义进行运算即可得出真有效值。对于周期信号,我们可以使用一个或者多种周期进行运算,对于没有明显周期的信号,我们可以规定一定时间计算一次真有效值。

图4 ADC采样示意图

PA6000功率分析仪使用的就是这种数字方法实现真有效值的测量,测量周期由同步源决定,具体如何决定将在同步源知识点讲解。PA6000使用了数字方法测量,所以可以达到很高的带宽和精度,带宽高达1MHz,精度高达0.02%,这种精度和带宽是模拟测量无法实现的,同时最大支持10ms给出一个测量结果的速度也是模拟测量技术无法企及的一个速度。