一識別寬頻功率分析儀的有效帶寬指標

寬頻功率分析儀的基本作用就是在寬頻率范圍內實現功率測量和相關分析運算，且其精度指標滿足相關的要求。

因此，有必要對其寬頻率范圍指標進行量化。衡量儀器設備使用頻率范圍的一個最熟悉的指標就是帶寬，最常用的帶寬指標是-3db帶寬。目前大部分寬頻功率分析儀標稱的帶寬指標就是指-3db帶寬。

值得注意的是，許多寬頻功率分析儀標稱的帶寬指標，與功率測量，尤其是諧波分析等測量功能，并無直接關系！

比如說，某寬頻功率分析儀標稱的帶寬為1MHz，按照采樣定理的要求，其采樣頻率應該在2MHz以上，而其最高采樣頻率只有200kHz。就采樣定理要求看，其能夠測量的最高頻率為100kHz。然而，為了滿足采樣定理的要求，在采樣頻率較低的情況下不至于因頻譜混疊而無法還原信號，必須在模數轉換之前加一個防混疊濾波器，而其多種可選防混疊濾波器中，最高的截止頻率為50kHz，這樣，為了保證正確測量，該寬頻功率分析儀可以使用的帶寬僅僅為50kHz，從交流采樣數字儀表的原理出發，50kHz可以稱為傅里葉頻譜帶寬。

當去除防混疊濾波器時前向通道帶寬（上述儀器為1MHz）大于傅里葉頻譜帶寬時，傅里葉頻譜帶寬就是實際可用的帶寬。

當去除防混疊濾波器時前向通道帶寬（上述儀器為1MHz）小于傅里葉頻譜帶寬時，前向通道帶寬就是實際可用的帶寬。

為了區別于標稱的帶寬，我們稱實際可用的帶寬為有效帶寬。

按照上述分析，該寬頻功率分析儀的有效帶寬為50kHz，遠遠小于其標稱的1MHz的帶寬。

二讀懂寬頻功率分析儀的精度標稱方式

電工儀表的精度通常采用準確度等級表示，例如，0.2級的功率表，表示其最大誤差為滿量程的0.2%。按照電工儀表準確度等級的定義（參見“電工儀表準確度等級詳解”），寬頻功率分析儀的準確度等級標稱方式應該采用儀表的滿量程引用誤差表示。

然而，由于相關標準和規范的缺失，目前市面上銷售的寬頻功率分析儀精度大多采用讀數誤差加量程誤差的方式表述。

例如：0.05%rd+0.05%fs，其中，rd表示讀數，fs表示量程。

按照電工儀表準確度等級的定義，該寬頻功率分析儀的功率測量準確度等級為0.1級。

但是，由于部分進口寬頻功率分析儀廠家為了達到其商業目的，有意虛抬精度指標。例如：某進口寬頻功率分析儀的精度為0.02%rd+0.04%fs。按照電工儀表準確度等級定義，其準確度等級為“0.06級”或0.1級（標準的準確度等級沒有0.06級，按照相近的但是低指標靠攏）。然而，該廠家卻將+0.04%fs這一精度相關的主題信息省略，在其宣傳資料中標稱基本精度為0.02%讀數。

值得注意的是：進口功率分析儀廠商渾水摸魚，宣傳方式上帶頭采用意圖誤導消費者的不規范的精度標稱方式，國內功率分析儀廠家紛紛效仿，致使寬頻功率分析儀精度標稱方式混亂。目前許多寬頻功率分析儀均采用了上述不規范的精度標稱方式。（參見“變頻電量測量儀器發展現狀”）

圖 某進口寬頻功率分析儀具有誤導性的錯誤的精度標稱方式

三隱含的角差指標是低功率因數下功率測試準確度的關鍵

電機空載試驗、電力變壓器空載及短路試驗時，輸入功率因數非常低，功率因數越低，寬頻功率分析儀或系統的功率測量誤差越大，而引起誤差加大的根本原因在于其電壓通道和電流通道之間的相位差誤差——角差。角差對功率測量精度的影響與電壓電流相位差有關，如下式：

EP=EU+EI+tanφEφ。（推導過程參見銀河文庫“不同功率因數下相位誤差對功率測量準確度的影響”）

式中EP、EU、EI分別為功率、電壓、電流的相對誤差，EU、EI由寬頻功率分析儀的電壓、電流測量準確度及電壓、電流與量程的比值決定，與功率因數誤差。當電壓、電流讀數接近量程值時，EU、EI取決于寬頻功率分析儀的電壓、電流準確度等級，在數值上等于準確度等級指數除以100。

Eφ為角差，φ為電壓電流的相位差，功率因數越低，φ越大，tanφ越大。

當功率因數很低時，例如，功率因數cosφ為0.01時，tanφ約為100，即便是微小的角差，也會對功率測量帶來較大的影響。而EU、EI與功率因數無關。

可見，低功率因數時，角差是影響功率測量準確度的關鍵指標。

相反，當功率因數較高時，tanφ較小，cosφ=1時，tanφ=0，cosφ=0.8時，tanφ=0.75，也就是說，功率因數較高時，功率測量準確度與角差關系很小，影響功率測量準確度的主要是電壓、電流誤差EU和EI。

然而，大部分寬頻功率分析儀僅僅標稱在功率因數為1時的準確度指標，該指標并不能反映角差的影響。并且不標稱具體的角差，無法計算低功率因數時的功率測量誤差。

四精度標稱參比條件是寬頻功率分析儀的關鍵指標

任何寬頻功率分析儀的精度指標都是在特定條件下標稱的，這個標稱的條件，計量術語中稱為參比條件，而參比條件下標稱的誤差指標，稱為基本誤差。所有寬頻功率分析儀的精度指標都是對基本誤差不同表現形式。

換言之，當使用條件與參比條件不同時，寬頻功率分析儀標稱的精度指標不再成立。

例如，您在選購牽引電機試驗的寬頻功率分析儀，按照國家標準的要求，精度要求為0.2級。假設試驗的測量頻率范圍為0.2Hz～100Hz。

而某進口寬頻功率分析儀的基本誤差為0.06%（0.02%rd+0.04fs），如果您不再往下看，該精度指標可以滿足您的測試需要。

如果此時的您，能夠進一步思考：其參比條件是什么？是否囊括我的測試條件？

查看該寬頻功率分析儀的技術指標可知：

上述精度對應的參比條件為45Hz～66Hz。

參比條件并不能囊括您的測試條件！然而，該寬頻功率分析儀標稱的帶寬為0.1Hz～1MHz，于是，您繼續往下看：

在0.1Hz～30Hz的參比條件下，其基本誤差為0.5%（0.2%rd+0.3fs），不滿足牽引電機試驗的精度要求。

實際測試時，你可能還需要開啟500Hz防混疊濾波器，精度會進一步下降，基本誤差為1.8%（1.4%rd+0.4%fs），！

結論：該寬頻功率分析儀的精度指標不滿足牽引電機試驗的精度要求。

提示：選購寬頻功率分析儀時，看到精度指標的同時，應該馬上聯想到其對應的參比條件，看看參比條件是否與您的使用條件相符！若不相符，這個精度指標與您的試驗無關！

審核編輯 黃宇