两个钳表,该信哪个,为什么(已真相大白)

第一张图是测试空调供电线的电流。

20211217_011752.jpg

第二张图是测试UPS供电线的电流。UPS是整流电容负载,似乎会大量吃进无功。

20211217_012016.jpg

但问题是,只看电流的话可区分不了有功无功,这两个表为啥差那么大?

(注:FLUKE表是霍尔传感器,国产表是交流互感器)

[修改于 5 个月前 - 2021-12-19 14:42:18]

来自:仪器与装备 / 仪器仪表电气工程 / 电气电工动手实践:实验报导严肃内容:专业科普
19
RodTech
5个月12天前
1楼

cem也不算杂牌了,竟然在日用场景有这么大区别。。是不是频响不平坦,这时候应该找一个宽带夸导放大器给它扫一下。。


前阵子用同款fluke测tig焊机电流,duang一个引弧脉冲打到了没接地的桌子上,表放在桌上,就开不了机了,只好换了一个杂牌2千安钳表,挂到ac焊铝方波模式,估计高频分量太大,测了几下又烧了。。。

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三水合番
5个月12天前
2楼

只测电流没法分辨基波相位带来的无功,但能分辨谐波带来的无功。

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铅球脑袋
5个月12天前
3楼

以国家电表走多少电费为准


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5
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amo
5个月12天前
4楼

分流器+示波器

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阡陌徘徊
5个月12天前
5楼


dt9810似乎不是真有效值的

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虎哥作者
5个月11天前
6楼

既然出现了问题,那就想办法弄明白。

一般首先想到的,是查看电流的波形。好在实施起来不麻烦,示波器+电流探头即可。

攒了一车东西

20211218_190956.jpg

同时测电流和电压。虽然只有220V电压,但峰峰值是很高的,用1:10传统探头的话,超过了示波器的量程,也不知道为啥这些示波器就不把量程稍微设计大点便于电气工程师使用,难道是为了卖探头……总之,不得不用一个高压探头来测电压。电流探头是麦格米特的爆款,价格便宜带宽基本够,大家应该比较熟悉了。

20211218_190613.jpg

于是出现了奇怪的波形

20211218_185227.jpg

放大看是这样的,典型的整流充电的电流波形,说明这个UPS没有做任何处理,对电网伤害较大。

至于为啥在电压过顶之后才开通电流,我不是很清楚

20211218_185352.jpg

黄色:电压波形;绿色:电流波形;白色:对电流波形做FFT变换的结果,最左侧峰是50Hz,纵坐标是线性值。

20211218_190230.jpg

下图与上一张图的区别,就是把FFT的结果改成了对数显示。可以看出,6次以内谐波占了大部分能量。

20211218_190309.jpg

关于两个表为啥产生差别,从上面的图可以看出,电流不是正弦波,显然两表对非正弦波响应不同。

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虎哥作者
5个月11天前
7楼

徐版提到了用跨导放大器测,忽然想起来,我其实有一台这玩意儿,不过貌似有好几年没通过电了,不知道挂了没有,只有试试。

重新搭建系统。方案是函数信号源给跨导放大器提供电压,跨导放大器的电流端子用一段铜丝短路,所有的电流探头、钳表都夹在这段短路线上。考虑到短路线还是略有压降的,示波器电压探头接在短路线两端监测波形,此波形也是电流波形。

20211218_194220.jpg

跨导放大器接线细节,信号源输出通过同轴线引出,外皮接低压端,芯针接高压端。右边是电流输出,用纱包铜线短路。

20211218_192749.jpg

很有年代感,而且居然能够开起来,就是风扇动静太大。

这是一个计量级的放大器,虽然没有检定,但运气应该没那么差,看起来还准。

放大器是1:1的,也就是说,输入1Vp-p电压,转换为1Ap-p电流。

20211218_192752.jpg

送出50Hz正弦,电流峰峰值7.07A。

20211218_193304.jpg

电流探头和线路电阻压降所表征的电流波形,相差180度的原因应该是电流探头接反了,不过没关系,知道意思就行了。

20211218_193440.jpg

结果出来了,FLUKE的有效值结果是5.06A,CEM的结果是4.7A。看来FLUKE要准些,CEM天生偏小。

20211218_193335.jpg

接下来切换频率,不做多的讲解。

100Hz

20211218_193501.jpg

20211218_193512.jpg

20211218_193523.jpg

200Hz

20211218_193539.jpg

20211218_193546.jpg

20211218_193551.jpg

500Hz

20211218_193606.jpg

20211218_193616.jpg

20211218_193621.jpg

1kHz

20211218_193638.jpg

20211218_193644.jpg

可见FLUKE低通了,而CEM响应十分平坦。这个结果驳斥了FLUKE表频响好,因而偏大的推测。

20211218_193648.jpg

2kHz

20211218_193659.jpg

20211218_193705.jpg

互感器的表频响真的很牛逼。

20211218_193710.jpg

需要指出,上述测试都是在单一信号的情况下做出的,并不知道这两个表的相位响应。换句话说,如果同时有若干个频率的电流混在一起,有可能在仪表内部会发生相互的抵消,并不能仅仅根据频响曲线就认定某个表能够更准确的测定复杂波形。

我们来试一下冲击波形的效果。

20211218_193823.jpg

在频域上就是一个梳状谱发生器。

20211218_193830.jpg

结果是CEM的读数直接归零,而FLUKE表有读数,并且可能是准的。

20211218_193836.jpg

换成另一种没见过的波形,长得跟UPS前面的稍微像一点。注意峰值是单方向的5A。

20211218_194133.jpg

20211218_194153.jpg

依然是FLUKE大,我没找到这个波形的公式,所以也不知道5A峰值的时候,“真有效值”是不是1.25A。

20211218_194201.jpg

大家可以发表高见了。

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gll
5个月11天前
8楼

互感器的表会不会测的是波形一阶导的值

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杂工1544
5个月11天前
9楼
引用虎哥发表于7楼的内容
徐版提到了用跨导放大器测,忽然想起来,我其实有一台这玩意儿,不过貌似有好几年没通过电了,不知道挂了没...

最后一个“没见过的波形”怕不是光谱线型中洛伦兹线型的函数(叫什么柯西-洛伦兹分布)改的吧,长得也像,仪器屏幕上还显示了个“洛伦兹”。也就是$I=\frac{I_0}{kt^2+1}$这样子?


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阡陌徘徊
5个月11天前 修改于 5个月11天前
10楼

sinc波形(倒数第二个冲击波形)是sinx/x,由于能力有限,在multiism软件中无法解决0/0造成无穷值的问题。

于是尝试构造最后一个洛伦兹波形 1/(1+x^2),峰峰值5v时候,仿真得到的有效值为1.4005v,如下图所示:

PIIB_5@4TF_2}~]$R4M${}O.png

在 第五楼 中,我认为差异主要在于两个机器的算法不同,fluke是真有效值计算(有带宽限制所以高频有衰减),另一个是 整流平均值。 于是在典型的 二极管整流桥+电容  的测试中,整流平均值小于真有效值 (仿真结果大约在一半,不同负载会有改变)。

于是,我对洛伦兹波形也进行了类似的仿真,结果如下图:

]0EAZ0LFZK@}~[E(PK_EU`B.png

而虎哥的实测结果为: 福禄克 1.25A ,CEM 0.7A 。我认为与我的仿真结果较为接近,并且CEM官网也明确把真有效值系列和虎哥使用的DF-9810系列分开排列,很有可能9810并不是真有效值而是整流平均值,从而造成测量结果偏低。


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阡陌徘徊
5个月11天前
11楼
引用虎哥发表于7楼的内容
徐版提到了用跨导放大器测,忽然想起来,我其实有一台这玩意儿,不过貌似有好几年没通过电了,不知道挂了没...

这台跨阻放大器我可眼馋了,就是贵了点。

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虎哥作者
5个月11天前
12楼
引用阡陌徘徊发表于10楼的内容
sinc波形(倒数第二个冲击波形)是sinx/x,由于能力有限,在multiism软件中无法解决0/...

我说得不准确,SINC不是冲击响应。冲击响应的频谱不是平顶梳状谱。

您的仿真生动的体现了不同检波方式对测量结果的影响。看来两表的差异主要是检波方式不同导致的。在测量传输的功率时,似乎RMS检波更接近实际情况。在射频测量中,RMS检波的中文是均方根检波器,一般不会说真有效值。对于复杂信号优先采用RMS检波。

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阡陌徘徊
5个月11天前
13楼
引用虎哥发表于12楼的内容
我说得不准确,SINC不是冲击响应。冲击响应的频谱不是平顶梳状谱。您的仿真生动的体现了不同检波方式对...

我顺带着试了试为啥1.4v测出来1.25v。用运放搞了个 Sallen-key低通滤波器1K的带宽(10K 25nf 12nf),根据虎哥在1K测得的频响,5v应该是2.33v,2K是 0.17v。但是仿真出来嘛,1k处2.32V差不多,但是2K的时候还有0.7v,这个结果就差的有点远了。


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虎哥作者
5个月11天前
14楼
引用阡陌徘徊发表于13楼的内容
我顺带着试了试为啥1.4v测出来1.25v。用运放搞了个 Sallen-key低通滤波器1K的带宽(...

额。。FLUKE似乎没给出表的频响曲线,怎么知道Sallen-key低通。其实应该将就您的模型,直接搞个阶数高点的3dB(≈2.33/5)带宽大约1k低通,然后对低通后的结果用RMS检波,看看是不是从1.4变成了1.25。

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阡陌徘徊
5个月11天前
15楼

我记得似乎3阶rc(1k 0.1u,截止频率1k)能有类似结果,明天我把仿真发上来。

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阡陌徘徊
5个月11天前
16楼

说来惭愧,我缺乏设计滤波器的能力,若各位有滤波器设计相关的基础资料,请向我推荐一二。

瞎凑了一个三阶的RC,效果如图所示,仿真文件一并上传:

7V$)%[Q5)$3Z@V$OL`HPLUV.png

attachment icon 洛伦兹仿真.ms14 362.34KB MS14 2次下载
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虎哥作者
5个月11天前 修改于 5个月10天前
17楼
引用阡陌徘徊发表于16楼的内容
说来惭愧,我缺乏设计滤波器的能力,若各位有滤波器设计相关的基础资料,请向我推荐一二。瞎凑了一个三阶的...

抱歉昨天忘了说,滤波器必须有特定的输出负载,而RC滤波器一旦有负载,就必然有很大的损耗,通带内也不能幸免…

所以只能仰仗有源滤波。

不过您的仿真已经让问题真相大白。总结如下:

1、造成两表差异的主要原因,是两表的检波方式不同,FLUKE表是均方根检波,CEM是平均值检波。

2、两表的频响不同,其中FLUKE表在1kHz左右截止,因此FLUKE的读数仍然偏小,偏小的程度与被测波形有关。

3、正巧,本案中UPS的输入电流波形接近于洛伦兹曲线,这种波形下,均方根检波比平均值检波的结果约大一倍。

4、对于UPS这类负载,至少需要使用RMS检波的电流表来测量,并且频响应该好,至少高于6次谐波(300Hz)。即便如此,读数仍然是偏小的。如果采用电流互感器,应按偏小一倍修正。在设计保护电路时,也要考虑波形的影响。

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杂工1544
5个月10天前
18楼

这是啥子阴间设备,为啥会波形这么奇怪?

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zzhc2008
3个月27天前
19楼
引用虎哥发表于6楼的内容
既然出现了问题,那就想办法弄明白。一般首先想到的,是查看电流的波形。好在实施起来不麻烦,示波器+电流...

电压过顶以后才导通,看样子是串了一个电感当被动PFC,但是电感量完全不够?也有可能是EMI滤波器里面带的差模电感。。


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