準確限值電壓范圍

01電工儀表準確度等級存在的問題

　　電工儀表準確度等級通常采用儀表引用誤差的百分數的數值部分表示。數值部分也稱等級指數。
　　例如：某電壓表的準確度等級為0.2級，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儀表的量程值（測量范圍上限）為引用值，其計算公式如下：

γ=(X-X0)/XN×100%

　　X：儀表示值
　　X0：被測量真值，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X=XN時，γ就是相對誤差。因此，通過準確度等級指數，可以很方便的判斷儀表在滿量程處的相對誤差（準確講是相對誤差限值）。因為此時，準確度等級指數加上百分號就是相對誤差。
　　對于非滿量程點，儀表的相對誤差計算公式如下：

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

　　即：

δ=γ×(XN/X0) ×100%…………（1）

　　可見，此時，儀表的相對誤差與量程上限和儀表示值的比值成正比，比值越大，相對誤差越大。
　　然而，實際儀表在此時的相對誤差很可能小于此數值。例如：
　　某電壓表的精度表示如下：
　　0.1%讀數+0.1%量程，按照準確度等級定義，該電壓表的準確度等級為0.2級。
　　當電壓讀數為10%量程時，相對誤差為1.1%。
　　而按照準確度等級指數直接計算的相對誤差為2%。
　　也就是說，采用準確度等級指數換算相對誤差的方法，不能最大限度利用儀表的性能。
　　關于電工儀表準確度等級的相關知識，請參閱“電工儀表準確度等級詳解”

02絕對誤差和引用誤差的局限性

　　問題：最大絕對誤差為1V的電壓表，精度如何？
　　類似這樣的問題，我們無法進行判斷！
　　假如該儀表的量程足夠大，被測信號足夠大，那么，精度就足夠高。
　　例如，10kV的電壓表測量10kV的被測信號，最大絕對誤差為1V的話，最大相對誤差為±0.01%。就當前技術水平而言，該電壓表的精度算是很高了。
　　但是，如果同樣的電壓表測量1V的電壓，最大絕對誤差仍為1V，最大相對誤差為±100%，測量結果已經沒有意義了。
　　如果該電壓表的量程為100V，那么，在滿量程處，該電壓表的精度最高，也就是1%，精度非常一般。
　　也就是說：
　　知道絕對誤差，不知道被測信號的大小，不能判斷測試精度。
　　知道絕對誤差，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。但如不知道被測信號大小，仍然不能判斷測試精度。

03準確限值電壓范圍是儀表的重要指標

　　上述分析告訴我們，對于測試結果，我們最關心的相對誤差。遺憾的是，沒有一款儀表的精度指標可以直接采用相對誤差標稱！
　　因為，任何儀表的小信號測量能力都是有限的！
　　千伏表可以較為準確的測量高電壓信號，面對伏級電壓信號，就顯得無能為力了！
　　伏特表可以較為準確的伏級的電壓信號，面對毫伏級電壓信號，精度難以保障！
　　毫伏表可以較為準確的測量毫伏級的電壓信號，面對微伏級電壓信號，還是力不從心！
　　小信號是如此，大信號更不用說了，電壓信號超出電壓表量程上限，測量誤差變大，甚至損壞電壓表。
　　準確限值電壓范圍就是要告訴大家，儀表能夠準確測量的電壓范圍。
　　正如再高精度的磅秤，也不能準確稱出小白鼠的體重！

 

WP4000變頻功率分析儀

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

　　目前，大部分電工測量儀表未直接標注準確限值范圍，而是采用讀數誤差加量程誤差的表述方式。
　　例如，某儀表的電壓測試精度為讀數的0.01%+量程的0.03%。
　　為了探討其計算方式，我們將上述精度表述方式用符號替代如下：
　　讀數的A%+量程的B%。
　　假設準確度等級指數為C。
　　那么：

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

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