利用波形换算判断交流电压表的检波方式

 

　　用交流电压表测某信号时，其值并不总是信号的有效值，它的读数的含义与所测波形及所用交流电压表的检波方式都有关系。交流电压表检波方式的确定在测量交流电压时非常关键，对于如何判断交流电压表的检波方式，文献给出了一种利用非定度系数波形换算的判断方法，但该方法中非定度系数波形换算法的提法欠妥，因为定度系数这个概念对于理解交流电压表的原理很重要，故不可忽视。本文中的波形换算法由定度系数这个概念引出，并利用该波形换算法得出了一种判断交流电压表检波方式的新方法，经检验该方法比文献提供的方法更为简单有效。

　　1 利用波形换算判断交流电压表检波方式的相关知识

　　1.1 交流电压表检波方式的分类

　　交流电压的测量方法很多，依据的原理也不同，但一般都是利用交流/直流转换电路将交流电压转换成直流电压，然后再接到直流电压表上进行测量。交流/直流(AC/DC)转换电路将交流电压转换成直流电压，可通过检波法得到。交流电压常见的三个表征量是峰值、平均值、有效值，那么交流电压应转换成代表该交流电压的峰值、平均值或有效值的直流电压。相应地，交流电压表的检波方式有峰值检波、平均值检波、有效值检波。

　　1.2 波形换算

　　电压量值可以用峰值、平均值、有效值来表征，但基于功率的概念，国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。对于电压表，除特殊情况外，几乎都是按正弦波的有效值来定度的。当用以正弦波的有效值定度的交流电压表测量电压时，如果被测电压是正弦波，电压表读数即其有效值，由波峰系数定义式KP=UP/U及波形系数定义式

可求得其峰值和平均值(对于不同的波形，KP和KF不同，但它们的数值是可查的);如果被测电压是非正弦波，那么须根据电压表读数和电压表所采用的检波方式，进行必要的波形换算，才能得到有关参数，若直接将电压表示值作为被测电压的有效值，必将带来较大误差，通常也称为“波形误差”。因此，对于非正弦波，从电压表中直接读到的示值无实际物理意义，即该读数既不代表其有效值，也不代表其峰值或平均值，但可通过波形换算得到其有关的参数。下面以单峰值电压表测交流电压说明上述的“波形换算”理论。电压表示值Ua与单峰值检波器输出UP间满足：

 

　　

 

　　式中：Ka为定度系数;UP为被测电压Ux的峰值。又由于电压表是以正弦波的有效值来定度的，所以对于正弦波，Ua即其有效值，故Ka根据下式可求得：

　　

 

　　由式(1)知，只要电压表示值Ua相等，则峰值UP相等，因此可得任意波形电压的峰值：

　　

 

　　再利用波峰系数定义式KP=UP/U得到任意波形电压的有效值：

　　

 

　　最后，利用波形系数定义式

得到任意波形电压的平均值：

 

　　

 

　　由式(3)～式(5)可知，对于任意波形电压，用单峰值电压表测量时，都可以由电压表示值Ua得到其峰值、有效值和平均值。对于正弦波，电压表示值Ua即为其有效值;对于非正弦波，电压表示值Ua无实际物理意义，须进行“波形换算”得到其有关的参数，那么式(3)～式(5)就是进行“波形换算”的理论依据。

　　可见，用单峰值检波的单峰值电压表测量不同波形的交流电压，电压表示值相等，则这些波形的峰值就相等，这个规律是“波形换算”的关键。同样，对于均值检波的均值电压表也有这样的规律，即用均值电压表测量不同波形的交流电压时，若它们的示值相等，则这些交流电压的均值也相等;对于有效值检波的有效值电压表也有这样的规律，即用有效值电压表测量不同波形的交流电压时，若它们的示值相等，则这些交流电压的有效值也相等。只要利用上面三条规律并结合各波形电压的波形、波峰系数就能对被测的非正弦波形电压进行“波形换算”。需要注意的是，由于有效值电压表的突出优点是：输出示值就是被测电压的有效值，而与被测电压的波形无关，故“波形换算”是对于用峰值或均值电压表测量非正弦电压时而言的，而对于用有效值电压表测量任意波形电压都无需进行波形换算。