電量參數(shù)、電功率、和各種數(shù)學值的定義
從大的方面來看，很多領域都需要功率測量，而且不同領域功率測量的方法大不相同，例如：在通訊領域，需要測試發(fā)射設備(如天線)的發(fā)射功率、傳輸功率、接收設備的接收功率等，這里的測試信號大多都是射頻信號，頻率較高，看不見摸不著，要對其進行功率測量一般需要使用天線接收或功率傳感器，接收時需要設置好頻點或頻帶，再進行功率測量（關于射頻功率計具體介紹詳細見“射頻功率計測量介紹”一文）。
在直流和低頻電參數(shù)和功率測試領域（最典型用的是電網(wǎng)和電力領域），由于其信號頻率較低，一般通過測其電壓、電流、電阻等來計算功率即可，而且測試這些基礎參數(shù)的儀器很多，例如萬用表、示波器等，用它們來測量電路中電參數(shù)（一般指電壓、電流和功率），也可以通過數(shù)字功率計來直接測得，在直流和低頻技術中測量功率的功率計，也可稱為瓦特計。對于電參數(shù)測量無外乎需要測量電壓、電流、電阻等基本參數(shù)，但是對于這些參量的測試需要注意其定義方法，例如：電壓參數(shù)的定義就有很多種： 電壓瞬時值、電壓均方值、電壓整定值、電壓有效值、電壓峰值等。下面，本文主要介紹直流和低頻領域中的功率等電參數(shù)測量和這些參數(shù)的定義方法。
一、有多少種功率定義？
功率是表征電信號特性的一個重要參數(shù)。電流在單位時間內(nèi)做的功叫做電功率，用來表示消耗電能的快慢的物理量，國際單位是瓦特（Watt），簡稱瓦，符號W，用P來表示，功率P=d功/d時間=dW/dt；單位時間內(nèi)消耗的功率，就是電能，W=P×t，國際單位是焦耳（Joule），簡稱焦，符號Q，用W表示。例如：我們常見的家用電器中，一個用電器的功率大小是指這個用電器在1秒內(nèi)所消耗的電能，即1瓦（1W）=1焦/秒(1 J/s)=1伏·安(1V·A)；常用的電度表：1度= 1kW·h=3600000J。用電器正常工作時的電壓叫做額定電壓，在額定電壓下工作的功率叫做額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率叫做實際功率。
電功率作為表示電流做功快慢的物理量，一個用電器功率的大小數(shù)值上等于它在1秒內(nèi)所消耗的電能。電功率等于導體兩端電壓與通過導體電流的乘積：P=U×I。電功率包括直流電功率、交流電功率和射頻功率。在直流電路，通過測量電壓和電流即可計算快速計算出直流電功率，即P=U×I=I2R。在交流電路，對于純電阻電路與直流一樣，計算電功率可以用公式P=I2×R和P=U2/R得出，其電能也成為為電熱Q，即P=dQ/dt。對于非純電阻電路，交流功率又包括正弦電路功率和非正弦電路功率。交流電功率還可分為瞬時功率、平均功率（有功功率）、無功功率、視在功率。在電學中，不加特殊聲明時，功率均指有功功率。在非正弦電路中，無功功率又可分為位移無功功率、畸變無功功率，兩者的方和根稱為廣義無功功率。關于射頻功率計具體介紹詳細見“射頻功率計測量介紹”一文。下文重點介紹交流低頻率電參數(shù)的各種參數(shù)的電壓。
在IEEE技術詞典中，列出了十多種不同的交流低頻功率定義，其中有兩種為最常用的功率類型：視在功率S、平均功率P(也稱真值功率、有功功率)。還有許多其它功率定義，如無功功率、Q值、諧波功率、瞬時功率等。
下面為交流功率的計算公式，其中P(t)指瞬時功率，u(t)、i(t)指瞬時電壓和瞬時電流；U、I指電壓、電流有效值，P指平均功率。
P(t)=u(t)×i(t)，
，即平均功率為一個周期內(nèi)（T）凈能量變化速率
在正弦交流電中，無功功率計算公式：Q=UIsin∮；有功功率計算公式：P=UIcos∮；正弦電流電路中的有功功率、無功功率、和視在功率三者之間是一個直角三角形的關系：S2=P2+Q2。
在非正弦電路中，有功功率和視在功率的定義不變，然而，此時電壓、電流相位差已經(jīng)沒有明確的物理意義，由于無功功率Q與基波及諧波電壓、電流的相位角相關，稱為位移無功功率Q。為此，引入畸變無功功率D（簡稱畸變功率），某些文獻中也將Q稱為無功功率，而將Q和D的方和根稱為廣義無功功率?？傊钦译娐分?，視在功率S、有功功率P、位移無功功率Q、畸變無功功率D計算公式如下：S2=P2+Q2+D2。
二、多種電參數(shù)運算定義
在交流電功率中，區(qū)分好瞬時功率、平均功率（有功功率）、無功功率、視在功率等功率值至關重要。在具有純阻抗的交流電路中，電壓有效值與電流有效值的乘積值，稱為 " 視在功率S"，等于有功功率P；在交流電路中，由于有感性或容性儲能設備，電壓與電流有相位差，通俗講就是電壓與電流不在同一時間到達；因此，表面看電壓有多大、電流有多大，實際并沒有做那么大的功，有電源與儲能設備的能量轉(zhuǎn)換，所以稱為視在功率，單位為VA；交流電的瞬時功率不是一個恒定值，功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，單位為W。對于正弦波，有功功率P=Urms×Irms×cosφ，其中Urms是電壓的有效值，Irms是電流的有效值，φ是正弦交流電壓U與電流I之間的相位角，cosφ功率因數(shù)，僅對于正弦波有效。對于非正弦交流電路，采用平均功率 ，P平=∑Un×In×PF，其中，Un包含了諧波電壓的電壓測量值，In包含了諧波電流的電流測量值，PF是功率因數(shù)，一般用于非正弦波形，包含了n次高次諧波，采用離散計算方法。
對于像燈泡、加熱器等電阻負載，平均功率的測量和計算很方便。但是，這樣的計算不適用于非線性負載?，F(xiàn)代的電子技術應用中，開關電源、電子整流器，空調(diào)控制系統(tǒng)、感應或脈沖調(diào)制馬達等都使用了非線性技術，這樣，在設計，故障診斷和分析中都需要進行非線性負載的平均功率測量。平均功率運算很重要。
1、算術平均值Avg
公式：
周期性信號的算術平均值是對信號在一個周期T內(nèi)的平均值，相當于信號中的直流成分。如果平均值等于0，則該信號為純AC信號。對于DC信號，平均值與瞬時值相同。對于同時含有AC和DC成分的信號，平均值為其中的DC成分。
2、整定值
公式：
公式：
整定值是一個周期內(nèi)絕對值的算術平均值，絕對值通過信號整流獲得。 整定值示意圖如下：
對于AC正弦波電壓 ，U(t)=Vpksin(2πft)，整定值等于峰值的2/π=0.637。
3、有效值rms
信號的均方值等于信號平方值的平均值，公式如下：
；均方根值等于：
。為了使AC信號能夠使用與DC信號同樣的計算公式，比如電阻、功率等的計算，對信號的均方根值進行了專門定義。AC信號的均方根值與相同幅度的DC信號產(chǎn)生的效果相同。例如：采用230Vrms AC電壓供電的白熾燈泡獲得的電能與采用230V DC電壓對其供電獲得的電能是相同的。對于正弦波信號，均方根值是其峰值的0.707。
4、波形因數(shù)F
信號的整定值乘以波形因數(shù)之積等于信號的有效值：
。對于純正弦波信號，波形因數(shù)等于：
。
5、峰值因數(shù)C
峰值因數(shù)的大小等于峰值和有效值之比，它對于失真信號測量非常重要。公式如下：C=Vpk÷Vrms。
對于純正弦波信號，波形因數(shù)等于√2=1.414。如果峰值因數(shù)超過測量儀器的規(guī)定值，則測量結果會出現(xiàn)誤差。計算有效值的準確度取決于峰值因數(shù)，信號的峰值因數(shù)越高，有效值計算值的準確度越低。通常，最大允許峰值因數(shù)的規(guī)定與儀器的滿刻度值有關，如果儀器的量程僅被使用一部分(例如500V的量程使用了230V)，則峰值因數(shù)將按照滿量程與實際使用量程的比值增加。
三、如何用示波器測量電功率
如上所述，對于電力耗能方面的功率測量，只要獲得幾個關鍵參數(shù)(如電壓、電流的有效值等)，再通過計算便可以獲得，所以說可測量這些基本參數(shù)的儀器就可進行功率測量，如萬用表、示波器等，但是對于某些信號的電壓或電流頻率較高，這時萬用表就力不從心了，可以使用數(shù)字示波器觀察波形，再利用數(shù)字示波器的自動測量和計算功能即可得到結果。下面海洋儀器主要介紹幾個通過示波器進行功率測量的實例。
實例1：通訊電源輸入功率測量
以通訊電源輸入舉例。如下圖所示，通道1為某電路的電壓信號，通道2為其對應的電流，通過泰克的TDS3012C示波器的自動測量功能，分別得到其有效值，為了得到視在功率，我們將測量到的有效值相乘，得到視在功率＝120.8V×1.108A＝133.8W。為了得到有效功率，我們使用泰克的TDS3012C示波器的數(shù)學運算(Math)按鈕，將電壓和電流的波形“逐點”相乘，得到有效功率＝88.0W。注意，這里使用的是相乘后的“平均值(Mean)”而不是“有效值(RMS)”來得到有效功率，如前面所敘的平均功率定義。這樣，我們很容易的得到該設備的功率因數(shù)PF＝88.0W/133.8W＝0.66，從而為設計功率校正電路 PFC 提供數(shù)據(jù)。
實例 2 ：功耗測量
此實例為通過面積測量得到一定時間內(nèi)的功耗。如下圖所示為測量電池供電設備的功耗曲線，其中通道1為某電路中的電壓，通道2為對應的電流，M1為通道1與通道2相乘的結果，因此M1為逐點相乘的功率。圖中，利用泰克TDS3012C示波器系列的自動測試功能，測得M1的寬度為121秒，面積為57Ws，即為121秒內(nèi)功耗約為57W。
