使用臺式數字萬用表DMM測量交流有效值

   　 萬用表是一種可以測量多種參數的儀表，例如交流(AC)或直流(DC)電壓、交流或直流電流、電阻、溫度、電容等。 現代化數字萬用表采用了數字和邏輯技術，體積越來越小，內置功能越來越多。 通過引入數字技術，數字萬用表可以提供圖形顯示、數據記錄和信號數字化以及編程功能，還可與外部設備進行通信。

　　數字萬用表怎樣用?

　　如果您使用數字萬用表(DMM)進行交流電壓測量，那么必須要了解您的萬用表為您提供的是峰值、平均值、有效值(rms)值還是其他測量值。如果是“其他測量值”，那么您可能會遇到麻煩，通常麻煩出現在交流有效值測量中。今天我們將幫助您了解數字萬用表如何利用各種技巧來測量有效值，信號如何影響您的測量質量，以及如何避免常見的測量錯誤。

　　使用數字萬用表 DMM 測量交流有效值

　　測量交流有效值并不像一眼看上去那么簡單。如果它十分復雜，那么我們為何擔心呢？原因就是真有效值是唯一與信號形狀無關的交流電壓讀數。通常，它是對實際波形最有用的測量。

　　有效值通常用來度量等熱值，與等效直流值驅動的電阻負載的功耗數量有關。例如，1Vpk 正弦波為電阻負載提供的功率與 0.707Vdc 信號相同。信號的有效值讀數較為可靠，將有助于您更好地了解信號在電路中產生的影響。

　　圖 1. 常見電壓參數

　　圖 1 顯示了 4 個常見的電壓參數。

　　峰值電壓(Vpk)和峰峰值電壓(Vpk-pk)非常簡單。Vavg 是指一個完整波形周期中所有瞬時值的平均值。下面我們會介紹如何計算 Vrms。如果是正弦波，波形的負半波與正半波恰好抵消，在一個周期中平均值為零。這類平均值不能提供關于信號有效幅度的深入信息，因此，大多數儀表是基于波形的絕對值來計算 Vavg。同樣是正弦波，這里可以使用 Vpk x 0.637 來計算(圖 2)。

　　圖 2. 根據波形絕對值計算的 Vavg。

　　您可以先求波形中每個點的平方值，再求它們的平均值，最后求平均值的平方根，由此計算出 Vrms。如果是純正弦波，您可以利用一些捷徑：只需用 Vpk x 0.707 或 Vavg x 1.11 即可。經濟實惠的峰值響應或平均值響應儀表正是根據這些換算系數而設計的。

　　換算系數僅適用于純正弦波。對于其他類型的信號，使用此方法得到的答案是錯誤的。如果您使用的儀表并不是專門針對此任務設計的，那么您很可能出現嚴重的錯誤--取決于儀表或信號，計算值與正確值可能相差 40% 以上。

　　Vpk 與 Vrms 的比值(即波峰因數)是決定測量精度的重要因素。波峰因數衡量的是波形峰值相對于其有效值的高度。波峰因數越高，進行準確的交流測量就越難。

　　有兩個測量挑戰與高波峰因數有關。

　　第一個挑戰涉及輸入范圍。想象一個脈沖串有非常低的占空比和相對較高的峰值幅度。這樣的信號會導致儀表同時需要測量高峰值和非常低的有效值，這可能會在高端造成過載問題，并在低端造成分辨率問題。

　　第二個挑戰就是信號中的高頻能量較大。一般而言，高波峰因數意味著存在更多諧波，這會給所有儀表帶來麻煩。尤其是峰值和平均值響應儀表，想要測量有效值會面臨重重困難。

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