利用波形換算判斷交流電壓表的檢波方式

摘要：為了確定某一未知交流電壓表的檢波方式，根據交流電壓表測量電壓時的波形換算方法及其適用范圍，提出了一種判斷交流電壓表檢波方式的新方法：將正弦波信號和方波信號分別接到所用電壓表上，調節信號幅度，使電壓表的示值相等，保持這兩種信號不變，根據示值得出兩種信號的有效值、平均值和峰值并比較其大小。若兩者峰值相等，則可判斷檢波方式為峰值檢波；若兩者平均值相等，則可判斷為均值檢波；若兩者有效值相等，則可判斷為有效值檢波。通過實驗實例證實了該方法簡單可行，進而提供了一種判斷交流電壓表檢波方式的有效方法。
關鍵詞：波形換算；定度系數；交流電壓表；檢波方式

用交流電壓表測某信號時，其值并不總是信號的有效值，它的讀數的含義與所測波形及所用交流電壓表的檢波方式都有關系。交流電壓表檢波方式的確定在測量交流電壓時非常關鍵，對于如何判斷交流電壓表的檢波方式，文獻給出了一種利用非定度系數波形換算的判斷方法，但該方法中非定度系數波形換算法的提法欠妥，因為定度系數這個概念對于理解交流電壓表的原理很重要，故不可忽視。本文中的波形換算法由定度系數這個概念引出，并利用該波形換算法得出了一種判斷交流電壓表檢波方式的新方法，經檢驗該方法比文獻提供的方法更為簡單有效。

1 利用波形換算判斷交流電壓表檢波方式的相關知識
1．1 交流電壓表檢波方式的分類
交流電壓的測量方法很多，依據的原理也不同，但一般都是利用交流／直流轉換電路將交流電壓轉換成直流電壓，然后再接到直流電壓表上進行測量。交流／直流(AC／DC)轉換電路將交流電壓轉換成直流電壓，可通過檢波法得到。交流電壓常見的三個表征量是峰值、平均值、有效值，那么交流電壓應轉換成代表該交流電壓的峰值、平均值或有效值的直流電壓。相應地，交流電壓表的檢波方式有峰值檢波、平均值檢波、有效值檢波。
1．2 波形換算
電壓量值可以用峰值、平均值、有效值來表征，但基于功率的概念，國際上一直以有效值作為交流電壓的表征量。對于電壓表，除特殊情況外，幾乎都是按正弦波的有效值來定度的。當用以正弦波的有效值定度的交流電壓表測量電壓時，如果被測電壓是正弦波，電壓表讀數即其有效值，由波峰系數定義式KP=UP／U及波形系數定義式可求得其峰值和平均值(對于不同的波形，KP和KF不同，但它們的數值是可查的)；如果被測電壓是非正弦波，那么須根據電壓表讀數和電壓表所采用的檢波方式，進行必要的波形換算，才能得到有關參數，若直接將電壓表示值作為被測電壓的有效值，必將帶來較大誤差，通常也稱為“波形誤差”。因此，對于非正弦波，從電壓表中直接讀到的示值無實際物理意義，即該讀數既不代表其有效值，也不代表其峰值或平均值，但可通過波形換算得到其有關的參數。下面以單峰值電壓表測交流電壓說明上述的“波形換算”理論。電壓表示值Ua與單峰值檢波器輸出UP間滿足：

式中：Ka為定度系數；UP為被測電壓Ux的峰值。又由于電壓表是以正弦波的有效值來定度的，所以對于正弦波，Ua即其有效值，故Ka根據下式可求得：

由式(1)知，只要電壓表示值Ua相等，則峰值UP相等，因此可得任意波形電壓的峰值：

再利用波峰系數定義式KP=UP／U得到任意波形電壓的有效值：

最后，利用波形系數定義式得到任意波形電壓的平均值：