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是德科技 使用数字万用表更好地进行交流 有效值测量 应用指南 如果您使用数字万用表 (DMM) 进行交流电压测量, 那么必须要了解您的万用表为您提供的是峰值、 平均值、 有效值 (rms) 值还是其他测量值.

如果是 其他测量值 , 那么您可能会遇到麻烦, 通常麻烦出现在交流有效 值测量中. 本应用指南将帮助您了解数字万用表如何利用各种技巧来测量有效值, 信号如何影响您的测量质 量, 以及如何避免常见的测量错误.

2011 年NCSL 国际学术研讨会与报告会 引言

03 | 是德科技 | 使用数字万用表更好地进行交流有效值测量――应用指南 Vavg Vrms Vpk Vpk-pk Vavg Vpk 时间 幅度 Time Vavg Vrms Vpk Vpk-pk Vavg Vpk Time Volume 时间 幅度 测量交流有效值并不像一眼看上去那么简 单. 如果它十分复杂, 那么我们为何担心 呢? 原因就是真有效值是唯一与信号形状 无关的交流电压读数. 通常, 它是对实际 波形最有用的测量. 有效值通常用来度量等热值,与等效直 流值驱动的电阻负载的功耗数量有关. 例如, 1Vpk 正弦波为电阻负载提供的功率与 0.707Vdc 信号相同. 信号的有效值读数较 为可靠, 将有助于您更好地了解信号在电 路中产生的影响. 图1显示了

4 个常见的电压参数. 峰值 电压 (Vpk) 和峰峰值电压 (Vpk-pk) 非常简 单. Vavg 是指一个完整波形周期中所有瞬 时值的平均值. 下面我们会介绍如何计 算Vrms. 如果是正弦波, 波形的负半波与 正半波恰好抵消, 在一个周期中平均值为 零.这类平均值不能提供关于信号有效 幅度的深入信息, 因此, 大多数仪表是基 于波形的绝对值来计算 Vavg. 同样是正弦 波, 这里可以使用 Vpk x 0.637 来计算 (图2) . 您可以先求波形中每个点的平方值, 再求 它们的平均值, 最后求平均值的平方根, 由此计算出 Vrms. 如果是纯正弦波, 您可 以利用一些捷径: 只需用 Vpk x 0.707 或Vavg x 1.11 即可. 经济实惠的峰值响应或 平均值响应仪表正是根据这些换算系数 而设计的. 换算系数仅适用于纯正弦波. 对于其他类 型的信号, 使用此方法得到的答案是错误 的. 如果您使用的仪表并不是专门针对此 任务设计的, 那么您很可能出现严重的错 误--取决于仪表或信号, 计算值与正确 值可能相差 40% 以上. Vpk 与Vrms 的比值 (即波峰因数) 是决定 测量精度的重要因素. 波峰因数衡量的是 波形峰值相对于其有效值的高度. 波峰因 数越高, 进行准确的交流测量就越难. 有两个测量挑战与高波峰因数有关. 第一 个挑战涉及输入范围. 想象一个脉冲串有 非常低的占空比和相对较高的峰值幅度. 这样的信号会导致仪表同时需要测量高峰 值和非常低的有效值, 这可能会在高端造 成过载问题, 并在低端造成分辨率问题. 第二个挑战就是信号中的高频能量较大. 一般而言, 高波峰因数意味着存在更多谐 波, 这会给所有仪表带来麻烦. 尤其是峰 值和平均值响应仪表, 想要测量有效值会 面临重重困难. 测量交流有效值 图1. 常见电压参数 图2. 根据波形绝对值计算的 Vavg.

04 | 是德科技 | 使用数字万用表更好地进行交流有效值测量――应用指南 考虑到测量有效值的重要性与困难, 什么 办法能够让您最好地完成日常测量任务? 下列技巧将帮助您获得更好的结果. 第1个技巧: 了解您的数字万用表如何测量 有效值. 在测量有效值方面, 不同的万用表各有所 长. 了解万用表在测量有效值时所使用的 技术, 将有助于您决定其是否符合您的需 求. 这里我们汇总了