1、们广泛的研究兴趣。交流采样相 当于用条阶梯曲线代替条光滑的连续曲线，其原理误差主要有两项 项是用时间上离散的数据近似代替时间上连续的数据所产生的误差另项 是将连续的电压和电流进行量化而产生的量化误差。 采用均匀采样方式对周期信号进行数字化测量时，把采样频率与信号基 波频率之间是否存在整数倍的关系，称为同步采样或非同步采样。两者间满 足整数倍关系的采样称为同步采样，否则便称为非同步采样。同步采样理论 上可以达到精确的信号测量和分析的目的。但实际同步采样中，尤其是在 非正弦情况下，由于硬件锁相环路的跟踪误差或采样频率软件自动锁定误差 的存在，总存在同步误差。当采样同步误差大于时，测量系统 的误差便将较快地增长。准同步采样法，即在非同步度不太大的情况下,通过 适当增加采样数据量和增加迭代次数来提高测量准确度的方法，它较好地解 决了同步误差对测量准确度的影响。但它需要通过增加采样周期。
2、 则 在电压侧量中，主要依据式的算法完成有效式的计算。上述计算是 在理想采用情况下进行的，这种采样是将被测信号的个周期平均分成等 分。设每个采样间隔时间为，则周期与和之间的关系可以表示为 有功功率采样算法 对于个无源单端口网络，若加上电压产生电流，用表示电压 电流信号的周期，则有功功率为 如果把与的乘积看作个函数的话，则式可以写成 有功功率测量过程中的采样方法与电压电流测量过程中的采样致。 电压电流的瞬时值„，被同时采样，并转换 后存于内存，瞬时功率值由与瞬时值乘法计算得到。由有功功率定义 和复化矩形数值求积公式可得 式为本仪器中有功功率采用测量算法公式。与电压电流测量技术 相同，有功功率测量中采样间隔为 误差处理 在理想的线性系统中，系统的输入与输出之间成比例关系。但现实中理 想的系统是不存在。
3、各种测量功能都是由 测量程序来完成的。仪器不再以传统的形式出现了，台计算机只要配 备相应的测量模板或扩展机箱，就可立即成为存储示波器频谱分析仪逻 辑分析仪数字多用表函数发生器等仪器。另外，以计算机技术为基础， 虚拟仪器的高精度高稳定性的实现已变得相当容易。目前，高精度的电量 测量仪器已经和计算机软件大规模集成电路甚至是网络技术的联系越 来越紧密，因此，虚拟式电参数测量仪的诞生为时不远了。 项目的意义和要求 传统的功率测量仪的局限性般体现在以下几个方面第，进步提 高精度十分困难，动圈式仪表目前只能做到级，自动平衡仪表结构相对复 杂，精度般 扰，有效地提高了仪器的精度和其它性能指标。 目前，采样计算式测量方法主要分为两类直流采样法和交流采样法。 直流采样法，即采样的是经过变换后的直流量。采用直流采样法通常是通过 测量平均值来计算电压电流有效值的。此方法软件设计简单计算方便， 对。
4、并采用迭代 运算的方法来消除非同步误，其所需数据较多,计算量远大于同步采样，运算 时间较长。 非同步采样算法 本仪器的设计中，采样方法采用了非同步采样技术中的非过零起始采样 算法。由数学分析方法可知在区间，上的复化矩形数值求值公式为 复化梯形数值求值公式为 电压电流采样算法 周期为的交流电源在个无源单端口网络产生电流，则电压 电流的有效值可分别表示为 如果把看作个函数的话,不再考虑开方运算，则可表示成以 下形式智能功率检测 式中表示周期信号在个周期中的均值。对于电压， 对于电流，。 本仪器设计中，电压电流测量是在采样瞬时值„， 获取后，通过复化矩形完成的。被测电压与电流有效值定义 可知，电压与电流测量中所完成的积分均值运算式相同的。因此，以电 压为例，而电流测量算法则是相同的。将式代入式，取， 可得 。
5、较差，应用场合 有定的局限性。但由于它的原理简单坚固耐用容易生产成本低，因 而还在广泛使用。 第二代是数字测量仪表，这类仪表的基本原理是将被测量模拟信号通过 电子线路转变为数字信号，进行计算并显示出来。这类仪器同指针式仪器相 比较精度有了很大的提高，能直观读取测量结果，而且可靠性高，易于使用。 但电子线路比较复杂，不能自动适应测量环境的变化，而且仪器的校准复杂。 第三代是智能仪器。所谓智能仪器，般指含有微处理器的仪器，通过微处 理器来控制数据的采集，并对数据进行处理。因此能够用软件的方法实现信 息的采集处理和存储，大大简化了仪器的整体结构。这类仪器的硬件基础 是采集技术和输入输出技术，而软件基础在于采样数据的处理方法。同传统 仪器相比较，其有如下特点 测量过程的软件控制 计算机软件进入仪器，可以替代大量的逻辑电路。仪器在的指挥 下，按照软件流程不断寻址取指进行各种转换逻辑判断，。
6、测量电流电压有效值有功功率功率因数等 参数，并具有越限报警功能。 文中论述了该智能功率测量仪的工作原理，并讨论了非同步采样算法在 本项目中应用的几个实际问题。在此基础上，详细介绍了整个仪器的软硬件 开发过程。最后对仪器进行了误差分析，给出了误差分析结果。 关键字单片机,功率测量,非同步交流采样算法 , , , , , , 目录 摘要 第章绪论 电参数测量仪器国内外发展状况 项目的意义和要求 本文的主要工作 第二章系统设计原理及其方法 交流数字化测量方法 非同步采样算法 电压电流采样算法 有功功率采样算法 误差处理 第三章系统的硬件设计 系统硬件的总体设计 存贮器扩展 数据采集单元 模拟信号输入电路 模拟抗混叠低通滤波电路 整形二分频电路 采样和转换电。
7、加工，可以使智能仪器提供更多高质量的信息。可以对 样本进行时域的如相关分析卷积等和频域的如幅度谱相位谱功 率谱等分析，这样就可以从原有的测量结果中提取更多的信息量。 仪器的多功能化 智能仪器的软件控制测量过程及数据处理功能使得测量过程中采集的 数据，可由具备不同测量功能的软件模块共享，机多用的多功能化易于实 现，这是智能仪器的又特点。 仪器有联网功能 智能仪器可以通过标准的接口和上位机通信，接收上位机的指令进行相 应的动作，响应请求把数据传至上位机。这样，多台智能仪器可以形成个 复杂的测量系统，可以方便地实现远程自动化测量。 仪器具有自校正自诊断功能 智能仪器有自动校正零点满度和量程切换功能，大大降低了因仪器零 漂和特性变化造成的误差，同时可以提高读数的分辨率。另外，智能仪器在 运行开始或运行过程中，可以对自身各部分进行系列测试，旦发现故障 就可以报警，并给出相应的故障位置，。
8、大误差的测量结果成为坏值，应予以剔除。 本设计中采用了自校准技术来消除系统误差。 在智能仪器中，利用微处理器的数据处理功能，通过专门设计的校准程 序，必要时增加少量附加电路，可对仪器自身进行校准，以消除系统误差对 测量结果的影响，这种功能称为系统的自校准。在定条件下，选择个标 准基准量代替被测信号进行测量，从而可以得到仪器的系统误差，将误差存 储起来，在以后的实际测量中扣除此系统误差，就可得消除误差后的校准值。 图是用来克服智能仪器中增益和零漂对测量结果影响的自校准电路。 摘要 许多工业设备在运行过程中，需要对其进行实时在线测量，随时了解其 功率等参数。所以电力用户都迫切需要种安全可靠实施快速的交流电量 检测仪器，有效地对参数进行测试。 本项目所研制的智能功率测量仪以单片机为核心，采用了 交流采样计算技术，以软件代替了传统仪器中的大量硬件，将多种测量功能 集于身，用台仪器就可以。
9、驱动执 行单元完成操作，使仪器的工作按照定顺序进行下去，可以实现测量 过程的高度自动化。另外，软件控制也带来了很大的方便，当需要改变仪器 功能时，只要改变程序即可，并不需要改变硬件结构。 测量数据的处理 对测量数据进行存储和运算的数据处理功能是智能仪器最突出的特点， 它表现在改善测量的精确度及对测量结果的再加工两个方面。 在测量精确度方面，大量的工作是对随机误差和系统误差进行处理。过 去传统的方法是用手工的方法对测量结果进行事后处理，工作量大，效率低， 而且往往会受到主观因素的影响，使处理结果不理想。智能仪器中用软件对 测量结果进行及时的在线的处理可以收到很好的效果，不仅方便快速， 而且可以避免主观因素的影响，使测量的精确度及处理结果的质量大大提高。智能功率检测 由于可以实现各种算法，不仅可以实现误差的计算及补偿，而且对仪器中的 非线性校准等问题也易于解决。 对测量结果的再。
10、采样值只需作比例变换即可得到被测量的数值。但是直流采样方法存在 些问题，如测量准确度直接受整流电路的准确度和稳定性的影响整流电 路参数调整困难,而且受波形因数的影响较大等。当被测信号为纯正弦量时, 有效值与平均绝对值之间的关系为。当输入信号中 含有谐波时,与之间的关系将发生变化,并且谐波含量不同，两者之 间的关系也不同，这将给计算结果带来误差。目前，随着电网中非线性负载 应用的增多，所产生的高次谐波电流大量注入电网中，使得电网电压电流 波形发生了很大的畸变，这样来，采用直流采样方法就会带来较大的误差。 交流采样是按定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再用定的数值 算法求得被测量的值，它与直流采样的差别是用软件功能代替硬件功能。 年美国国家标准局的博士将计算机采样数值计算用于精密测量 领域,研制出第台用采样方法的数字式瓦特表。从此，这种采样计算式 的周期信号的测量方法，在国际上获得了人。
11、给系统维护提供很大的方便。 近年来，随着数字信号处理器的广泛应用和多种电测专用集成 芯片的成功开发，将第三代电测仪表的发展推向了高潮。美国公司提供 了种电测仪表方案，采用高精度的解决方案，结 果在不减少功能的前提下，缩小了体积功耗可靠性明显提高。同时，若 增加具有扩展功能的外围辅助电路，并采用相应的软件，便可满足客户的特 定功能需求，灵活性大大提高。 依托微电子计算机软件通信和网络技术的飞速发展，现代电工电 子仪器和自动测试技术的进步日新月异，最先由国防军方对仪器仪表产业 提出的应具有的开放式工业标准互换性和互操作性要求的合理性与正确性， 已经越来越受到更多用户和生产企业的认同。满足以上要求的虚拟仪器的出 现及其应用领域的不断扩大，已给仪器仪表产业指明了个发展趋势仪 器标准逐渐向计算机标准靠拢。这样，可以充分利用计算机的软硬件资源。 不同功能的仪器仅体现于测量模块及其软件的不同，。
12、的，严格意义上讲，系统不但是非线性的，而且是时变系 统，非线性和时变的程度决定了仪器的精度。在传统模拟仪器的研制和生产 过程中，通过选择线性度好温度漂移小的元器件来提高仪器的精度，但这 是以增加仪器成本为代价来实现的。随着微处理器的应用和数据采集技术的 发展，仪器的结构发生了很大的变化，应用微处理器高速数据处理功能来替 代模拟电子线路，并对测量结果进行误差分析和处理，来提高仪器的精度， 降低成本。要对仪器系统测量结果进行数据处理和误差补偿，首先应正确分 析仪器的测量误差。般测量误差可分为三类系统误差，这是系统本身 所具有的，应该在测量过程中进行校正和采用正确合理的测量方法，把它们 尽可能地减小或消除。随机误差，主要由各种随机量对测量值的综合影响， 它在多次测量的总体上服从统计规律，因此可以通过统计学的方法来减小它。 粗大误差，这般由于实验者不正确的操作和试验条件的突变引起的。含 粗。
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