準(zhǔn)確限值電壓范圍

01電工儀表準(zhǔn)確度等級(jí)存在的問(wèn)題

　　電工儀表準(zhǔn)確度等級(jí)通常采用儀表引用誤差的百分?jǐn)?shù)的數(shù)值部分表示。數(shù)值部分也稱(chēng)等級(jí)指數(shù)。
　　例如：某電壓表的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)，表示電壓表的最大引用誤差為±0.2%。
　　電工儀表的引用誤差通常以?xún)x表的量程值（測(cè)量范圍上限）為引用值，其計(jì)算公式如下：

γ=(X-X0)/XN×100%

　　X：儀表示值
　　X0：被測(cè)量真值，一般可用最大允許誤差為被檢儀表的最大允許誤差1/4～1/10的儀表示值替代。
　　XN：引用值
　　當(dāng)X=XN時(shí)，γ就是相對(duì)誤差。因此，通過(guò)準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)，可以很方便的判斷儀表在滿(mǎn)量程處的相對(duì)誤差（準(zhǔn)確講是相對(duì)誤差限值）。因?yàn)榇藭r(shí)，準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)加上百分號(hào)就是相對(duì)誤差。
　　對(duì)于非滿(mǎn)量程點(diǎn)，儀表的相對(duì)誤差計(jì)算公式如下：

δ=(X-X0)/X0×100%
=(X-X0)/XN×(XN/X0) ×100%
=γ×(XN/X0) ×100%

　　即：

δ=γ×(XN/X0) ×100%…………（1）

　　可見(jiàn)，此時(shí)，儀表的相對(duì)誤差與量程上限和儀表示值的比值成正比，比值越大，相對(duì)誤差越大。
　　然而，實(shí)際儀表在此時(shí)的相對(duì)誤差很可能小于此數(shù)值。例如：
　　某電壓表的精度表示如下：
　　0.1%讀數(shù)+0.1%量程，按照準(zhǔn)確度等級(jí)定義，該電壓表的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)。
　　當(dāng)電壓讀數(shù)為10%量程時(shí)，相對(duì)誤差為1.1%。
　　而按照準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)直接計(jì)算的相對(duì)誤差為2%。
　　也就是說(shuō)，采用準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)換算相對(duì)誤差的方法，不能最大限度利用儀表的性能。
　　關(guān)于電工儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)參閱“電工儀表準(zhǔn)確度等級(jí)詳解”

02絕對(duì)誤差和引用誤差的局限性

　　問(wèn)題：最大絕對(duì)誤差為1V的電壓表，精度如何？
　　類(lèi)似這樣的問(wèn)題，我們無(wú)法進(jìn)行判斷！
　　假如該儀表的量程足夠大，被測(cè)信號(hào)足夠大，那么，精度就足夠高。
　　例如，10kV的電壓表測(cè)量10kV的被測(cè)信號(hào)，最大絕對(duì)誤差為1V的話(huà)，最大相對(duì)誤差為±0.01%。就當(dāng)前技術(shù)水平而言，該電壓表的精度算是很高了。
　　但是，如果同樣的電壓表測(cè)量1V的電壓，最大絕對(duì)誤差仍為1V，最大相對(duì)誤差為±100%，測(cè)量結(jié)果已經(jīng)沒(méi)有意義了。
　　如果該電壓表的量程為100V，那么，在滿(mǎn)量程處，該電壓表的精度最高，也就是1%，精度非常一般。
　　也就是說(shuō)：
　　知道絕對(duì)誤差，不知道被測(cè)信號(hào)的大小，不能判斷測(cè)試精度。
　　知道絕對(duì)誤差，不知道儀表量程，不能判斷儀表精度。
　　同理，知道引用誤差，可以判斷儀表精度。但如不知道被測(cè)信號(hào)大小，仍然不能判斷測(cè)試精度。

03準(zhǔn)確限值電壓范圍是儀表的重要指標(biāo)

　　上述分析告訴我們，對(duì)于測(cè)試結(jié)果，我們最關(guān)心的相對(duì)誤差。遺憾的是，沒(méi)有一款儀表的精度指標(biāo)可以直接采用相對(duì)誤差標(biāo)稱(chēng)！
　　因?yàn)?，任何儀表的小信號(hào)測(cè)量能力都是有限的！
　　千伏表可以較為準(zhǔn)確的測(cè)量高電壓信號(hào)，面對(duì)伏級(jí)電壓信號(hào)，就顯得無(wú)能為力了！
　　伏特表可以較為準(zhǔn)確的伏級(jí)的電壓信號(hào)，面對(duì)毫伏級(jí)電壓信號(hào)，精度難以保障！
　　毫伏表可以較為準(zhǔn)確的測(cè)量毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，面對(duì)微伏級(jí)電壓信號(hào)，還是力不從心！
　　小信號(hào)是如此，大信號(hào)更不用說(shuō)了，電壓信號(hào)超出電壓表量程上限，測(cè)量誤差變大，甚至損壞電壓表。
　　準(zhǔn)確限值電壓范圍就是要告訴大家，儀表能夠準(zhǔn)確測(cè)量的電壓范圍。
　　正如再高精度的磅秤，也不能準(zhǔn)確稱(chēng)出小白鼠的體重！

 

WP4000變頻功率分析儀

　　以AnyWay系列變頻電量測(cè)量?jī)x器的WP4000變頻功率分析儀為例。
　　其準(zhǔn)確限值范圍為0.5% Umax~100%Umax。
　　Umax為測(cè)量上限，假設(shè)Umax為15kV，配置A型功率單元時(shí)：
　　電壓準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)，準(zhǔn)確限值電壓范圍為75V~15kV；
　　假設(shè)Umax為1000V，配置B型功率單元時(shí)：
　　電壓準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)，準(zhǔn)確限值電壓范圍為5V~1000V；
　　顯然，相同準(zhǔn)確度等級(jí)時(shí)，準(zhǔn)確限值電壓范圍越寬，電壓測(cè)試儀表的適用面越廣，準(zhǔn)確限值電壓范圍是電壓測(cè)試儀表測(cè)試能力的一個(gè)重要指標(biāo)。
　　為了更加直觀(guān)的表述這種能力，我們可以引入另外一個(gè)概念——量程比。
　　量程比為準(zhǔn)確限值電壓范圍上限與下限的比值。顯然，量程比越大，儀表的測(cè)試能力越強(qiáng)。

　　目前，大部分電工測(cè)量?jī)x表未直接標(biāo)注準(zhǔn)確限值范圍，而是采用讀數(shù)誤差加量程誤差的表述方式。
　　例如，某儀表的電壓測(cè)試精度為讀數(shù)的0.01%+量程的0.03%。
　　為了探討其計(jì)算方式，我們將上述精度表述方式用符號(hào)替代如下：
　　讀數(shù)的A%+量程的B%。
　　假設(shè)準(zhǔn)確度等級(jí)指數(shù)為C。
　　那么：

C=(Umax/Umin)×A+ B…………(2)
Umin =(C-B) /A×Umax…………(3)

　　也就是說(shuō)，準(zhǔn)確限值電壓范圍與儀表準(zhǔn)確度等級(jí)定義密切相關(guān)。
　　上述儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)等于或劣于0.04級(jí)。
　　依據(jù)式(3)，
　　若準(zhǔn)確度等級(jí)定為0.05級(jí)，其準(zhǔn)確限值電壓范圍為：(50~100)%Umax
　　若準(zhǔn)確度等級(jí)定為0.1級(jí)，其準(zhǔn)確限值電壓范圍為：(14~100)%Umax
　　若準(zhǔn)確度等級(jí)定為0.2級(jí)，其準(zhǔn)確限值電壓范圍為：(6~100)%Umax
　　若準(zhǔn)確度等級(jí)定為0.5級(jí)，其準(zhǔn)確限值電壓范圍為：(2~100)%Umax
　　相反，若對(duì)準(zhǔn)確限值電壓范圍有明確要求，那么，儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)作相應(yīng)變化。
　　仍然針對(duì)上述儀表，依據(jù)式(2)，
　　若準(zhǔn)確限值電壓范圍定為(1~100)%Umax，其準(zhǔn)確度等級(jí)為：1級(jí)
　　若準(zhǔn)確限值電壓范圍定為(0.5~100)%Umax，其準(zhǔn)確度等級(jí)為：2級(jí)
　　同理，某電流傳感器的引用誤差為53ppm，在滿(mǎn)量程處，其相對(duì)誤差為53ppm。
　　若要求其準(zhǔn)確限值電壓范圍為(0.5~100)%Umax，其準(zhǔn)確度等級(jí)為：0.5級(jí)。