吕炳仁(1936—),男,辽宁复县人,教授,研究方向为控制管理系统数字仿真及CAD,断续控制管理系统理论及应用。E-mail:
若基准电阻值R1= 8 Ω。据式(2),用 MATLAB语言编程计算,可求得基准电压档U1m=10 V的功率P1与电压U1之间的对应的关系,如表1 所示。
按表1,在表盘上划分功率刻度。若电压过高而超出量限,则需提高量限α1 倍,即
称作功率的电压修正系数; β 称作功率的电阻修正系数。如在第2 档电压( U
因为在基准电压档测量功率,故将式(1)中的文字符号的下标为1。P1对U1取微分,并以Δ 替换d,得:
为基准交流电压档的基本误差绝对值。据式(5)通过MATLAB 语言编程计算,得到功率误差绝对值
注:图1 中的GV为γv,GP为γP(%) 。由式(5)和图1 可知, γ P (%) 与U1 成反比关系,即γP(%) 随着U1 的增大而减小。所以希望指针尽量向满刻度趋近,那么指针的指示范围如何选定呢?
为了万用电表的安全,首先用最高电压档,如1 000 V 档做测量,指示数乘以功率修正系数10 000得到功率实际值;若指示值低于3 W ,就降低1 级电压,在500 V 档做测量,指示数乘以2 500 得到功率实际值;若指示值低于3 W ,就降1 级电压,在250 V 档做测量,指示值乘以625 得到功率实际值;若指示值低于0.48 W ,就降低1 级电压,以此类推。若在基准电压档指示数仍低于0.48 W ,则因误差太大而不足采信。注意:当被测电阻值不是8 Ω 时,应考虑功率的电阻修正系数。
功率和电平测量[1]是万用电表的附加功能。其他附加功能还有电感、电容测量[2]及晶体管直流放大倍数测量[3]。这里除了最后一项之外,没有牵涉电路的设计和计算问题,只是计算出被测值与基准电压相对应的刻度值,继而刻写在表盘上。另外,在误差分析方面,因为前四项内容(电平、功率、电感、电容)均使用交流电压档,其误差与交流电压档的基本误差成正比。而交流电压档的基本误差是由表头的基本误差及电路电阻和整流器等综合起来构成的。另外,功率和电平的误差曲线均随测量值的增大而减小,它们不同于电阻[4]、电感和电容[2]的误差曲线呈两端上翘的情形。本文从减小测量误差方面出发,给出了万用电表指针的指示范围。用户在使用万用电表时应格外的注意。还需提及的是,在电平测量中,取零电平功率P0= 0.001 W、零电平电阻Rn=Z0=600Ω 和本文的基本电阻R1=8Ω。由式(3)得知,其在基准电压档(α1 = 1)的电平:
式(6)或式(7)表示了电平与功率的一一对应关系。所以,在万用电表的表盘刻度中,正常情况下不会同时出现Kp1 和P1 两种刻度。因为一旦测得其中一个,另一个可以很方便地通过上面公式求得。最后应特别指出的是:在万用电表生产厂商的技术说明书里面,给出的误差是指满量程时的相对误差,这当然是很小的,如5%。而实际上,应该按测量时的最大误差考虑,本文为51%。这还仅仅是在测量方法正确的前提下才能实现的。
[1] 吕炳仁.指针式万用电表电平测量原理和误差分析[J].电子科技类产品世界,2021(8):71-73.
[2] 吕炳仁.指针式万用电表电感,电容测量原理和误差分析[J].电子科技类产品世界,2014,21(增刊:2014年精选实用电子设计100例).
[3] 吕炳仁.指针式万用电表中晶体管直流电流放大倍数的测量原理和误差分析[J].电子科技类产品世界,2016(9):57-60.
[4] 吕炳仁.指针式万用电表电阻测量电路的误差分析[J].电子科技类产品世界,2014(10): 67-69.