基本介紹
- 中文名：功率計
- 外文名：power meter
- 套用學科：電力、通信
功率簡介,度量單位,組成,產品分類,技術指標,變頻,射頻,產品套用,光功率測量,電氣試驗,
功率簡介
功率是表征電信號特性的一個重要參數。功率計是測量電信號有功功率的儀表。
在直流和低頻範圍，可以通過測量電壓和電流計算功率，功率的瞬時值可用下式表示：
對於周期為T的周期信號，一個周期內的瞬時功率的平均值，稱為有功功率。有功功率按下式計算：
對於正弦電路，下式成立：
上式中，U、I分別為正弦交流電的有效值，φ為電壓與電流信號的相位差。
對於非正弦電路，假設U、I為交流電量n次諧波分量的有效值，φ為電壓n次諧波分量與電流n次諧波分量的相位差，P為n次諧波分量的有功功率，上式仍然成立。當n=1時，P為基波有功功率。
在超高頻和微波頻段，有TEM波和非TEM波之分。在TEM波的同軸系統中，電壓和電流雖有確切含意，但測量其絕對值很困難。在波導系統中，因為存在不同的電磁模式，電壓和電流失去唯一性。在個頻段和各傳輸系統中，功率是單值表徵信號強度的重要方法。在射頻範圍直接測量功率代替了電壓和電流的測量。
度量單位
功率定義為單位時間內所做的功。基本單位為瓦（W），1W等於在1秒內做1焦耳的功。常用的功率單位還有兆瓦（1MW=10^6W）、千瓦（1KW=10^3W）、毫瓦（1mW=10-3W）、微瓦（1μW=10-6W）、皮瓦（1Pw=10-12W）。
另一種常用的功率單位以分貝毫瓦（dBm）表示。它以1毫瓦為基準電平P0=1mW，實際功率值P（mW）與P0比較後取對數。這是功率的絕對單位。
也可用分貝瓦（dBW）作為功率單位，此時P0=1W，即1 dBW=30 dBm。
組成
功率計由功率感測器和功率指示器兩部分組成。功率感測器也稱功率計探頭，它把高頻電信號通過能量轉換為可以直接檢測的電信號。功率指示器包括信號放大、變換和顯示器。顯示器直接顯示功率值。 功率感測器和功率指示器之間用電纜連線。為了適應不同頻率、不同功率電平和不同傳輸線結構的需要，一台功率計要配若干個不同功能的功率計探頭。
產品分類
由於直流功率等於電壓和電流的簡單乘積，實際測量中，一般採用電壓表和電流表替代。工頻功率計是套用較普遍的功率計，常說的功率計一般都是指工頻功率計。變頻功率計是21世紀變頻調速技術高速發展的產物。其測量對象為變頻電量，變頻電量是指用於傳輸功率的，並且滿足下述條件之一的交流電量：
1、信號頻譜僅包含一種頻率成分，而頻率不局限於工頻的交流電信號。
2、信號頻譜包含兩種或更多的被關注的頻率成分的電信號。
除了變頻器輸出的PWM波，二極體整流的變頻器輸入的電流波形，直流斬波器輸出的電壓波形，變壓器空載的輸入電流波形等，均含有較大的諧波，右圖中為常見變頻電量的波形及相關頻譜圖。
由於變頻電量的頻率成分複雜，變頻功率計的測量一般包括基波有功功率（簡稱基波功率）、諧波有功功率（簡稱諧波功率）、總有功功率等，相比工頻功率計而言，其功能較多，技術較複雜，一般稱為變頻功率分析儀或寬頻功率分析儀，部分高精度功率分析儀也適用於變頻電量測量。
變頻功率分析儀可以作為工頻功率分析儀使用，除此之外，一般還需滿足下述要求：
1、滿足必要的頻寬要求，並且採樣頻率應高於儀器頻寬的兩倍。
2、要求分析儀在較寬的頻率範圍之內，精度均能滿足一定的要求。
3、具備傅立葉變換功能，可以分離信號的基波和諧波。
射頻或微波功率計按照在測試系統中的連線方式不同，又可分為：
有終端式和通過式兩種。終端式功率計把功率計探頭作為測試系統的終端負載，功率計吸收全部待測功率，由功率指示器直接讀取功率值。通過式功率計，它是利用某種耦合裝置，如定向耦合器、耦合環、探針等從傳輸的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率計度量，傳輸的總功率等於功率計指示值乘以比例係數。
射頻或微波功率計按的靈敏度和測量範圍分類
測熱電阻型功率計使用熱變電阻做功率感測元件。熱變電阻值的溫度係數較大。被測信號的功率被熱變電阻吸收後產生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發生顯著變化，利用電阻電橋測量電阻值的變化，顯示功率值。
熱電偶型功率計熱電偶型功率計中的熱偶結直接吸收高頻信號功率，結點溫度升高，產生溫差電勢，電勢的大小正比於吸收的高頻功率值。
量熱式功率計典型的熱效應功率計，利用隔熱負載吸收高頻信號功率，使負載的溫度升高，再利用熱電偶元件測量負載的溫度變化量，根據產生的熱量計算高頻功率值。
晶體檢波式功率計晶體二極體檢波器將高頻信號變換為低頻或直流電信號。適當選擇工作點，使檢波器輸出信號的幅度正比於高頻信號的功率。
按被測信號分類
有連續波功率計和脈衝峰值功率計。
技術指標
變頻
以下是變頻功率分析儀的典型技術指標
頻寬：50kHz~100kHz；
採樣頻率：大於頻寬的2倍；
電壓、電流準確級：0.02級、0.05級、0.1級、0.2級、0.5級；
功率準確級：0.05級、0.1級、0.2級、0.5級、1級；
準確級適用基波頻率範圍：DC，0.1Hz~400Hz；
準確級適用電壓範圍：0.75%Un~150%Un；
準確級適用電流範圍：1%In~200%In；
準確級適用功率因數範圍：0.05~1。
射頻
以下是射頻功率計的典型技術指標
功率範圍
保證測量精度的可測功率最大值和最小值範圍。功率計的功率範圍決定於功率探頭。
最大允許功率
探頭不被損壞的最大輸入功率值，通常指平均功率。在測量大功率峰值信號時，注意峰值電壓不能超過一定值，否則造成電壓擊穿。使用功率計時絕對不能測量大於允許功率值的信號，否則會造成功率探頭燒毀。
頻率範圍
能保證測量精度和性能指標的被測信號的頻率範圍。
測量精度
指功率探頭校準修正後的精度。不包括測試系統的失配誤差。
穩定性
功率計的穩定性取決於功率探頭的穩定性和指示器的零漂及噪聲干擾。
回響時間
也稱功率感測元件的時間常數。通常指功率指示器上升到穩定值的64%所需的時間。
探頭的型號、阻抗
選用功率計探頭時，功率探頭的使用頻率、功率範圍必須與被測信號一致，探頭傳輸線的結構和阻抗應與被測傳輸線相互匹配。
技術參數
頻率範圍 9KHz～110GHz（取決於感測器）
功率範圍 -70～+44dBm
測量精度 絕對精度： (對數)±0.02dB ；（線性）±0.5%
相對精度： (對數)±0.04dB ； （線性）±1.0%
解析度 對數方式：1.0 ；0.1 ；0.01 和 0.001 dB （默認設定：0.01 dB）
線性方式：1～4位數 （默認設定：3位數）
SWR 1.06最大值（選件003 可到1.08）
適用感測器：E系列感測器、8480系列感測器
常見套用 現場平均值功率測量（比如現場維修服務）
保修及校準 標準配置：全球3年保修和2年校準周期
操作步驟
將探頭和主機通過電纜連線
開機預熱後將探頭接到主機校準源，按校準鍵校準
校準結束後將探頭取下，置入測試點頻率進行測量
注意事項
使用前注意功率計和被測信號共地
注意探頭方向和量程的選擇
勿將功率計本該接天線的連線埠接在設備的射頻發射端，容易燒毀功率計
測量前注意利用校準源校準
使用功率計時頻率和被測頻率應一致
當測量功率小於-50dBm時應在測試前校零
產品套用
光功率測量
用於測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統中，測量光功率是最基本的，非常像電子學中的萬用表。在光纖測量中，光功率計是重負荷常用表。通過測量發射端機或光網路的絕對功率，一台光功率計就能夠評價光端設備的性能。用光功率計與穩定光源組合使用，則能夠測量連線損耗、檢驗連續性，並幫助評估光纖鏈路傳輸質量。 針對用戶的具體套用，要選擇適合的光功率計，應該關注以下各點：
1、選擇最優的探頭類型和接口類型
2、評價校準精度和製造校準程式，與你的光纖和接頭要求範圍相匹配。
3、確定這些型號與你的測量範圍和顯示解析度相一致。
4、具備直接插入損耗測量的 dB功能。
