| 如何將測量誤差減小測量誤差
關鍵字：真有效值電流傳感器 畸變波形測量
真有效值（True RMS）――唯一的真實測量值
許多商業和工業的裝置都為斷路器的頻繁誤跳閘所煩擾。這些跳閘看上去經常像是隨機的、令ling人ren費fei解jie的de。其qi實shi這zhe裏li麵mian是shi有you其qi原yuan因yin可ke究jiu。造zao成cheng這zhe種zhong現xian象xiang的de原yuan因yin一yi般ban來lai說shuo有you兩liang個ge方fang麵mian。第di一yi個ge可ke能neng原yuan因yin是shi一yi些xie負fu載zai，特te別bie是shi個ge人ren電dian腦nao和he其qi它ta電dian子zi設she備bei開kai機ji時shi所suo產chan生sheng的de衝chong擊ji電dian流liu。關guan於yu這zhe種zhong原yuan因yin，將jiang會hui在zai本ben指zhi南nan的de後hou麵mian章zhang節jie裏li具ju體ti討tao論lun。另ling一yi個ge可ke能neng原yuan因yin是shi回hui路lu裏li的de真zhen實shi電dian流liu的de測ce量liang值zhi低di於yu真zhen實shi值zhi――換而言之，是實際電流過高而引起的。
在(zai)現(xian)代(dai)化(hua)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)這(zhe)種(zhong)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)值(zhi)偏(pian)低(di)是(shi)個(ge)高(gao)發(fa)現(xian)象(xiang)。既(ji)然(ran)當(dang)前(qian)的(de)數(shu)字(zi)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)如(ru)此(ci)精(jing)確(que)可(ke)靠(kao)，為(wei)什(shen)麼(me)又(you)會(hui)發(fa)生(sheng)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)哪(na)？答(da)案(an)就(jiu)是(shi)許(xu)多(duo)測(ce)量(liang)儀(yi)都(dou)不(bu)適(shi)合(he)於(yu)測(ce)量(liang)失(shi)真(zhen)（畸變）電流，而現在絕大多數的電流都是失真的。
電流失真是由於非線性負荷的諧波電流造成的，特別是個人電腦、配有電子鎮流器的熒光燈和變頻驅動裝置等電子設備為代表。諧波的產生機理及其對電氣係統的的影響將在指南的3.1節進行具體闡述。圖3所(suo)示(shi)為(wei)個(ge)人(ren)電(dian)腦(nao)接(jie)入(ru)後(hou)的(de)典(dian)型(xing)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)圖(tu)。很(hen)明(ming)顯(xian)這(zhe)不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)純(chun)正(zheng)弦(xian)波(bo)，所(suo)以(yi)一(yi)般(ban)適(shi)用(yong)於(yu)正(zheng)弦(xian)波(bo)的(de)測(ce)量(liang)工(gong)具(ju)和(he)計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)都(dou)不(bu)適(shi)用(yong)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)，在(zai)對(dui)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)故(gu)障(zhang)檢(jian)修(xiu)或(huo)者(zhe)性(xing)能(neng)測(ce)試(shi)分(fen)析(xi)時(shi)，有(you)必(bi)要(yao)采(cai)用(yong)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)非(fei)正(zheng)弦(xian)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)的(de)正(zheng)確(que)測(ce)量(liang)工(gong)具(ju)。
圖1 一個電流兩種讀數，你相信哪個？圖中的回路為一個有畸變電流的非線性負載供電。真有效值卡鉗式電流表（左）上的讀數是正確的，而平均值卡鉗式電流表的讀數（右）比正確值要低32%。
圖1所suo示shi為wei同tong一yi回hui路lu上shang的de兩liang種zhong卡ka鉗qian式shi電dian流liu表biao的de讀du數shu差cha別bie。兩liang個ge測ce量liang儀yi都dou運yun行xing正zheng常chang，且qie按an照zhao生sheng產chan廠chang家jia的de要yao求qiu進jin行xing了le校xiao準zhun，主zhu要yao的de差cha別bie就jiu在zai於yu測ce量liang方fang法fa的de不bu同tong。
zuobiandedianliubiaoshizhenyouxiaozhiceliangyi，youbiandeshianyouxiaozhixiaozhundepingjunzhiceliangyi。zaihenhaodelijietamenchayisuozaizhiqianbixushouxianlejieyouxiaozhidequeqiehanyi。
什麼是有效值（方均根值）？
交流電流的有效值（RMS）等deng於yu在zai同tong一yi電dian阻zu性xing負fu載zai回hui路lu中zhong，與yu其qi產chan生sheng等deng熱re量liang的de直zhi流liu電dian流liu的de大da小xiao。使shi用yong交jiao流liu電dian時shi，電dian阻zu產chan生sheng的de熱re量liang與yu一yi個ge周zhou波bo內nei的de平ping均jun電dian流liu的de平ping方fang成cheng正zheng比bi。換huan而er言yan之zhi，產chan生sheng的de熱re量liang和he電dian流liu平ping方fang的de平ping均jun值zhi成cheng正zheng比bi，也ye就jiu是shi說shuo電dian流liu值zhi和he這zhe個ge平ping方fang的de平ping均jun值zhi開kai方fang後hou的de值zhi也ye就jiu是shi有you效xiao值zhi成cheng正zheng比bi。（由於平方後總是正數，所以不用考慮極性問題）
對於如圖2所示的純正弦波，有效值是峰值的0.707倍（或者說峰值是有效值的根號2， 即1.414倍）。換句話說，有效值為1安培的純正弦波電流的峰值電流為1.414安培。如果波形值僅僅被簡單的平均（對半個負波形取反），平均值就是峰值的0.636倍，或是有效值的0.9倍。圖2所示為這兩個重要的比例關係。
波頂因數=峰值/有效值=1.414 波形因數=有效值/平均值=1.111
圖2 純正弦波
在測量一個純正弦波（僅限於純正弦波）時，簡單的測出平均值（0.636倍峰值），再乘以波形因數1.111（即0.707倍峰值）所得到的數值是完全正確的，這個數值也被稱為有效值。這種方法被廣泛用於所有的模擬測量儀（此時平均值是靠線圈運動的慣性和阻尼作用來實現的）和所有舊式、儀表和大多數電流表數字萬用表上。這種技術被稱為“平均讀數，按有效值校準”的測量方法。
問題是這種測量方法隻適用於純正弦波，而在現實的電氣裝置中根本不存在純正弦波。圖3所示的波形圖是一個接入個人電腦後所產生的典型電流波形圖。方均根值仍然是1安培，但是峰值要明顯高於純正弦波時的峰值，為2.6安培。同時平均值則小得多，為0.55安培。
Peak value 峰值
Crest or Peak factor 峰頂因數
Form factor 波形因數
True RMS value 真有效值
Averaging RMS measurement 平均有效值測量
Mean value 平均值
如果這個波形用“平均讀數，按有效值校準”的測量儀進行測量，它的讀數為0.61安培，比真有效值（1安培）少了將近40%。表1給出了兩種不同測量儀對不同波形的測量值的幾個示例。
zhenyouxiaozhiyibiaogongzuoshi，xiancaijishurudianliudeshunshizhipingfang，anshijianqupingjunzhi，zuihouxianshizhegepingjunzhidepingfanggenzhi。ruguonenggoulixiangdishishizhezhongceliangfangfa，wulunshizenyangdeboxingdounengdadaojueduijingque。dangranzaixianshizhonglixiangdeceliangshibukenengshixiande，youlianggezhiyueyinsuyaokaolvzainei：頻率響應和峰頂因數。
對於電力係統，一般測量到50次諧波就足夠了，也就是說最高頻率測量到2500赫茲。峰頂因數（峰值和有效值的比率）是個很重要的決定因素，較高的峰頂因數要求采用動態測量範圍較大的儀表，因此轉換電路的精度也就更高。峰頂因數最小應達到3。
zhidezhuyideshijinguanliangzhongyibiaozaiceliangshizhenboxingdeshihoudushubutong，ertamenzaiceliangchunzhengxianboshiquedushuyizhi。zhegezhuangtaijiushiliangzhongceliangyidexiaozhunzhuangtai，yinerlianggeceliangyidoukeyikanzuoweiyijingxiaozhunguole―僅限用於正弦波。
真有效值儀表已經用了３０多年了，過去它僅用於專業領域、並(bing)且(qie)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)。現(xian)代(dai)電(dian)子(zi)學(xue)的(de)發(fa)展(zhan)促(cu)進(jin)了(le)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)測(ce)量(liang)儀(yi)的(de)發(fa)展(zhan)，現(xian)在(zai)許(xu)多(duo)手(shou)持(chi)式(shi)萬(wan)用(yong)表(biao)都(dou)具(ju)有(you)這(zhe)種(zhong)功(gong)能(neng)。遺(yi)憾(han)的(de)是(shi)，這(zhe)個(ge)功(gong)能(neng)也(ye)隻(zhi)是(shi)很(hen)少(shao)生(sheng)產(chan)商(shang)一(yi)般(ban)地(di)認(ren)知(zhi)。然(ran)而(er)就(jiu)是(shi)這(zhe)樣(yang)其(qi)價(jia)格(ge)之(zhi)低(di)仍(reng)足(zu)以(yi)使(shi)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)儀(yi)表(biao)在(zai)公(gong)用(yong)場(chang)合(he)種(zhong)普(pu)及(ji)應(ying)用(yong)。
表１ 平均值測量儀和真有效值測量儀的讀數差別
|
萬用表型式 |
對於正弦波 |
對於方波 |
對於單相二極管整流器 |
對於三相二極管整流器 |
|
|
|
|
|
|
|
平均值，按有效值校準
|
正確 |
高１０％ |
低４０％ |
低５―３０％ |
|
真有效值 |
正確 |
正確 |
正確 |
正確 |
測量值過低造成的後果
絕大多數電路元器件的極限容量值是由保證元器件不過熱而可以散發的熱量所決定的。
例如，電纜的容量是由特定的安裝條件（決定散熱的快慢）和(he)最(zui)大(da)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)所(suo)決(jue)定(ding)的(de)。因(yin)為(wei)含(han)有(you)諧(xie)波(bo)的(de)電(dian)流(liu)有(you)著(zhe)比(bi)普(pu)通(tong)平(ping)均(jun)測(ce)量(liang)值(zhi)要(yao)高(gao)的(de)有(you)效(xiao)值(zhi)，電(dian)纜(lan)的(de)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)電(dian)流(liu)值(zhi)往(wang)往(wang)被(bei)低(di)估(gu)，因(yin)而(er)導(dao)致(zhi)電(dian)纜(lan)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)比(bi)預(yu)期(qi)的(de)溫(wen)度(du)要(yao)高(gao)，結(jie)果(guo)是(shi)電(dian)纜(lan)的(de)絕(jue)緣(yuan)下(xia)降(jiang)、過早損壞甚至引發火災。
muxiandechicunqujueyumuxianyinduiliuherefushesuosanfadereliangsulvyudianzusunhaofaresulv。shangshusulvxiangdengshidewendujiushimuxiandezhengchanggongzuowendu。tongchangjiangmuxiandezhengchanggongzuowendushejidizugoudiyishijueyuanhezhichicailiaobuguozaolaohua。jiudianlaneryan，zhenyouxiaozhideceliangwuchajianghuidaozhiguogaodegongzuowendu。ermuxianyibanlaishuotijidouhenda，tadejifuxiaoyingbiyibandexiaoguigedaoxianyaomingxiandeduo，congerdaozhiwendujinyibutigao。
其(qi)他(ta)的(de)一(yi)些(xie)電(dian)力(li)元(yuan)器(qi)件(jian)，如(ru)熔(rong)斷(duan)器(qi)和(he)斷(duan)路(lu)器(qi)的(de)熱(re)元(yuan)件(jian)，它(ta)們(men)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)值(zhi)是(shi)根(gen)據(ju)有(you)效(xiao)值(zhi)來(lai)製(zhi)定(ding)的(de)，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)的(de)特(te)性(xing)和(he)散(san)熱(re)緊(jin)密(mi)相(xiang)關(guan)。這(zhe)就(jiu)是(shi)誤(wu)跳(tiao)閘(zha)的(de)根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin)所(suo)在(zai)。真(zhen)實(shi)電(dian)流(liu)大(da)於(yu)所(suo)預(yu)期(qi)電(dian)流(liu)，導(dao)致(zhi)斷(duan)路(lu)器(qi)一(yi)直(zhi)工(gong)作(zuo)在(zai)過(guo)電(dian)流(liu)狀(zhuang)態(tai)，長(chang)期(qi)工(gong)作(zuo)可(ke)能(neng)會(hui)引(yin)起(qi)跳(tiao)閘(zha)。處(chu)於(yu)過(guo)電(dian)流(liu)狀(zhuang)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)對(dui)溫(wen)度(du)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)出(chu)的(de)問(wen)題(ti)，難(nan)以(yi)預(yu)測(ce)。任(ren)何(he)由(you)誤(wu)跳(tiao)閘(zha)引(yin)起(qi)的(de)斷(duan)電(dian)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)事(shi)故(gu)損(sun)失(shi)都(dou)可(ke)能(neng)是(shi)巨(ju)大(da)的(de)，例(li)如(ru)，電(dian)腦(nao)係(xi)統(tong)數(shu)據(ju)丟(diu)失(shi)和(he)生(sheng)產(chan)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)癱(tan)瘓(huan)等(deng)等(deng)。在(zai)指(zhi)南(nan)的(de)第(di)２章將對這些問題具體討論。
很明顯，隻有真有效值儀表才能給出正確的測量值，才能正確確定電纜、母線和斷路器的額定值。一個很重要的問題：怎zen樣yang才cai能neng知zhi道dao儀yi表biao是shi否fou是shi真zhen有you效xiao值zhi儀yi表biao？通tong常chang可ke以yi通tong過guo產chan品pin說shuo明ming書shu作zuo出chu判pan斷duan，可ke往wang往wang是shi在zai實shi際ji需xu要yao的de時shi候hou產chan品pin說shuo明ming書shu並bing不bu在zai手shou邊bian。有you一yi個ge很hen好hao的de辦ban法fa：分別用已知的平均值儀表（往往是手頭最便宜的那種）huozhenyouxiaozhiyibiaohedaidingdeceliangyitongshiceliangxianggerendiannaozheyangfeixianxingfuhededianliuhebaichidenghuiludedianliuzhi，bijiaoqidushu。duiyubaichidengfuhe，liangzhongceliangyidedushuyingyizhi。erzaijierugerendiannaohouyitaiyibiaodedushubilingwaiyitaiyibiaodahenduo（比如說２０％以上）則此儀表很可能是真有效值儀表。若此時兩表讀數接近，說明兩種儀表是同一類型的。
結論
真有效值測量對於任何帶有很多非線性負載（個人電腦、電子鎮流器和緊湊型熒光燈等）的裝置意義重大。平均值測量儀的測量值比真實值最大可小４０％，從而會導致電纜和斷路器在“不滿載”狀態下而出現故障和頻繁誤跳閘。
真有效值電流傳感器及變送器
經過以上分析，對於非線性負載造成的各種非正弦波形比較精準的測量方法是使用帶有真有效值測量TRMS功能的電流傳感器。北京柏艾斯科技有限公司根據市場需求開發了全係列的真有效值電流變送器，量程可以從50A 到 10，000A,可以涵蓋幾乎所有的工業用電場合對精確測電流的領域。
| 
