摘要

● 开发了一种用于评估功率分析仪高频功率测量精度的新型测量标准。

● 基于自主研发的热量计方法，在有功功率校准*1中，达到了200 kHz下视在功率0.006%的不确定度*2，1 MHz下达到0.014%的不确定度。

● 本研究成果发表于电气测量领域国际学术期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》。*3

*1: 测量仪器的校准是指使用一定的基准计量标准，测量该测量仪器相对于基准的误差。

*2: 不确定度是指测量值存在的波动和误差可能性的度量指标。不确定度越小，表明测量结果的可信度越高。

*3:M. Nakamura，"Calibration of Phase Error for a Wideband Precision Power Analyzer Using the Calorimetric Phase Standard,"，载 IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，第75卷，第1至10页，2026年，文章编号1003610，doi: 10.1109/TIM.2026.3687333。

中间：自主开发的“热量计”

左右：校准对象为功率分析仪和电流传感器

HIOKI日置为了解决高频功率校正中长期存在的精度不足问题，开发了可作为功率计误差校正基准的全新测量标准。这一测量标准相比包含国家计量标准机构所用方法的传统技术，实现了约10倍的高校准精度。

该技术利用了功率损耗能以热量形式体现的物理原理。我司新研发的基于热量计的校准方法，能够检测低至输入视在功率0.01%的极微弱发热，且几乎不受工作频率影响。

传统电气校准方法中，随着频率的提高，校准不确定度有所增加。而热测量具备不易受频率影响的特点。本公司开发的新型热量计校准方法，通过对环境温度波动及外部热输入进行持续补偿，实现了在200 kHz时视在功率不确定度0.006%， 1 MHz时不确定度0.014%的极高测量精度。在200 kHz这类高频率范围内，现有国家标准级校准方法的不确定度为0.05%，相比之下，本方法的精度提升了约十倍。

这种不确定性在150 VA的视在功率下约合9 mW，仅相当于电容器消耗功率程度的极小值。因此，即使在需要提升效率的实际应用现场，也能够提供可靠的测量结果。

我司通过采用几乎不受功率频率影响的热量计测量技术，成功在高频范围内保持了高水平的校准精度。新开发的热量计配备了持续补偿环境温度变化等外部热影响的装置，实现了在宽频率范围内保持高精度的校准标准。

新开发热量计的原理示意图（左）及热量计内部结构图（右）

摘自研究论文

此外，根据本测量标准，对HIOKI的功率分析仪PW8001与电流传感器CT6904A的组合进行有功功率测量误差校正后的结果显示：200 kHz以内的误差小于视在功率的0.04%。这是在传统测量标准下难以充分验证的高精度领域。

利用热量计，对功率分析仪PW8001与电流传感器CT6904A组合的误差进行了校准。

图中的点表示校准值，误差棒代表不确定度。红色虚线为传统国家计量机构（NMI）所达到的不确定度水平。由于采用的是较小的开发方法，因此能够检测出传统方法难以检出的微小误差。

高精度功率测量技术的研发

本次成果是在电动汽车电机、太阳能发电设备中的功率调节器、风力发电及数据中心电源等控制能量流的电力电子技术，不断向更高开关频率和更低能量损耗演进的背景下实现的。随着设备效率的提高，工程师需测量的能量损耗愈发微小。因此，对测量仪器在更宽频率范围内开展更高精度校准的需求日益增长，行业也亟需具备比被校仪器精度更高的测量标准。

我司（HIOKI）拟将该测量标准作为支撑宽带功率测量精度的基础技术加以应用。未来，我们计划基于该技术展开校准服务，推动测量技术的进一步提升，从而促进电动汽车、可再生能源、数据中心及工业电源等电力电子领域的高效化与可靠性提升。

随着全球电力电子市场的持续扩展及能源法规的日益严格，效率要求不断提高的大环境下，以可溯源的精度完成高频性能验证的能力，将为客户的产品研发带来显著的竞争优势。

 我司所倡导的测量标准对电力电子领域的贡献

我司不仅提供高精度测量仪器，同时积极推动支撑测量结果可靠性的测量标准的技术提升。通过可靠的测量技术，推动电力电子领域的创新，助力构建可持续发展的社会。

论文信息

● 论文标题：“Calibration of Phase Error for a Wideband Precision Power Analyzer Using the Calorimetric Phase Standard”

● 作者：Miyuki Nakamura

● 发表期刊：IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

● DOI：10.1109/TIM.2026.3687333

● 论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11494752

（本论文依据知识共享署名许可协议（Creative Commons CC BY）授权发布。本新闻稿部分内容改编自该论文）

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