高频与脉冲系统中的有功功率计量
选定电端口上的有功功率，定义为在声明的时间窗内电压与电流同步乘积的时间平均值；测量结果只有连同其不确定度一起给出才具有意义。
如何区分真正跨越边界的瓦特，与测量系统自身产生的虚假瓦特？
幅值、有效值、视在功率与电荷周转量，描述的是运行状态的电气量级、元件承受的应力以及内部交换的强度。它们本身并不确定实际传输了多少有功功率。
本页具有普遍适用性，与任何具体设备无关。它描述高频、宽带与脉冲系统中有功功率测量的物理与计量学：哪些机制会产生错误的能量结果、采集链必须满足哪些要求、不确定度预算如何构建，以及结果如何通过独立方法得到确认。
此处没有任何设备数值。具体的测量边界、通道清单、层级、验收判据、数据保管，以及作为协议要求的计量溯源性，均属于独立外部验证的范畴。
本页不是测量协议，也不规定应当测量哪些平面。它描述的是：当研究问题要求测量某一物理量时，该量如何被测量。究竟验证哪些论断、在哪些事先声明的边界上、处于哪个阶段，由适用的验证协议确定，而非由本工程参考确定。
什么是有功功率
一个表达式，对任意波形均成立；三个条件，使这个表达式具有意义。
- 唯一确定的端口
- 所有电压与电流均归属于同一声明的导体系统和同一确定的电气接口；导体及回流路径在计算功率之前即已确定。
- 同步性
- 两个函数在共同时基上同时采集，而不是分别读取的两个数值。
- 唯一的时间窗
- 积分在单一区间上进行，该区间的持续时间、运行状态是否平稳以及储能状态均已声明。
哪些物理量之间可以相互比较、什么是时间类别档案、允许哪些运算，属于运行状态层面的能量核算。本页从那些规则已被接受之处开始，回答下一个问题：如何获得这个积分本身，才能使其值得信赖。
虚假有功功率
该机理在单频正弦情形下最容易说明：此时有功功率只是巨大视在功率中的一个很小分量。
两个测量通道之间的相对相位误差，会转化为与该运行状态视在功率成正比的虚假有功功率。
所研究平面上的视在功率越大，越小的相位误差就越具有决定性。在电网工程中完全可以忽略的误差，在具有大量环流视在功率的平面上，可能产生与实际传输功率相当的虚假有功功率。
对通道同步性的要求与频率成反比地收紧：在高频下，两通道之间可允许的时间偏差进入这样一个区间——电缆长度、介质、分压器延迟以及数字化的内部架构都变得举足轻重。
上述关系描述的是单频正弦情形下相位敏感性的机理。在宽带、多次谐波或脉冲运行状态中，并不存在能够描述整个能量交换的单一相位角：误差由两条采集链在整个有效带宽内随频率变化的相对相位偏差决定。真正普遍适用的，只有关系式（1）中的定义。
相位失配既可能制造出并不存在的功率，也可能掩盖确实存在的功率。因此，正确的计量学保护的是测量过程本身，而不是测量结果，无论该结果会向哪个方向偏移。
被表征的是整条测量链，而不仅仅是传感器
两个信号各自经过自己的一连串变换：探头或电流传感器、电缆、输入级、数字化、数据处理。每一环节都有自身的复传递函数——一个幅值系数和一个相移，二者均与频率相关。
需要进行计量表征的是整条链路，按其实际使用的组态、并在工作频率下进行。
- 带宽——足以覆盖实际波形中的显著谐波，而不仅仅是基波。
- 复数校准——每个通道的幅值系数与相移在整个有效带宽内均为已知。
- 通道匹配——电压通道与电流通道之间的相对延迟为已知并已计入，包括电缆与分压器。
- 回流路径明确并处理共模分量——所测量的导体组合完整涵盖所考察的电流路径。
- 线性度与过载裕量——信号保持在各项系数不变的区间之内。
- 分辨率与数字化噪声——足以在巨大视在功率的背景下分离出有功分量。
对于脉冲和富含谐波的运行状态，仅在单一频率上作窄带相位补偿并不充分：每个显著谐波都具有各自的相移，只有在整个有效带宽内对复传递函数进行校准，才能得到正确结果。
控制回路传感器不是计量仪器
任何运行中的系统内部都存在反馈信号。它们的职责是对状态变化作出可重复的响应。这对于控制而言已经足够，对于测量而言并不足够。
| 属性 | 控制回路传感器 | 计量通道 |
|---|---|---|
| 要求 | 可重复的响应 | 量值已知且不确定度已知 |
| 相频特性 | 在调节带宽内足够 | 在整个有效带宽内已被表征 |
| 校准 | 功能性调整 | 可溯源的链路校准 |
| 结果 | 可支撑关于状态的判断 | 可支撑定量的功率论断 |
从控制回路某一点取得的信号，首先只是一个观测。只有在对取得该信号的那条测量链完成计量表征之后，它才成为可用于能量论断的测量结果。
这条规则在两个方向上同时成立：它并不贬低回路信号作为工程手段的价值，也不允许把它们当作功率测量结果来呈现。
测量平面不是系统边界
某个平面上的有功功率可以被测量，这是关于该测量可行性的论断，而不是关于该平面在设备能量平衡中所处地位的论断。
功率可以在内部端口上被正确测量，而该端口既不是设备的输入，也不是设备的输出。
信号
出现在采集链输入端的信号。
测量
经过计量表征、并具有已知不确定度的结果。
平面结果
某一个确定端口上的正确有功功率。
边界结果
在与所提系统问题相对应的那条边界上的物理量。
内部测量回答的是局部工程问题：该平面上过程的状态如何。外部能量平衡回答的是另一个问题：设备与环境之间的净交换是多少。两类测量互不替代，也不会自行转化为对方。
由此得到阅读任何技术文档时的一条实用规则：可测量平面的清单，与决定能量结果的平面的清单，是两份不同的清单。后者由问题的提法与协议确定，而不由测量设备的能力确定。
测量某个平面并不产生独立的能量流
在耦合级联和谐振结构中，同一份能量传输可能先后穿过多个平面。
在不同内部平面上测得的有功量、无功量与环流量，并不自动构成彼此独立的能量流。
在串联链路中，同一份能量传输可能穿过多个测量平面。在谐振结构中，内部电磁状态可能在储能形式与耦合端口之间反复进行局部交换，而并不产生等量的跨外部边界净传输。因此，把所有记录到的内部量值简单相加，得到的是重复核算，而不是新的能量结果。
端口功率的代数合成是允许的，但仅限于在事先确定的控制体内进行，且方向约定一致、时间窗相同，并完整计入穿越量与储能变化。此类运算的规则属于运行状态层面的能量核算；与系统问题相对应的控制体的选取，则属于独立外部验证协议。
一个被正确测量的数值，只在其取得的那个平面上、以及其取得的那个时间类别中有效。将其有效范围加以扩展，是另一项需要独立依据的论断。
被测量的平面越多，得到的局部信息越多。但这不会产生更多彼此独立的能量流。
交叉校核的层级
在高频平面上进行的单次有功功率测量，是可获得的结果中最不稳健的一种，因为它把全部相位敏感性都集中在一处。稳健性来自受不同类别误差影响的方法之间的一致性。
积分式能量方法
热平衡与量热法处理的是长时间窗内输送的能量，并不依据电通道的瞬时乘积来计算结果。因此，正是这一对电通道之间的相对相位失配，不会在其中产生虚假有功功率。这类方法有其自身的误差来源，但那属于另一个类别。
相位敏感性较低的平面
直流平面以及缓慢变化的准稳态平面，所给出的测量结果中，电压与电流的乘积更直接地对应有功功率。
参考负载与负载替换
以已知负载替代工作负载，将链路读数与经独立表征的功耗相比较，或在结果预先已知的条件下重复同一测量。
高频平面上的直接有功功率测量
信息量最大、同时也最为脆弱的方法；在采集链的各项要求得到满足之后方可采用。
一项能量论断依赖于不同层级方法之间的一致性。对相位不敏感的积分方法与直接有功功率测量之间的一致，是特别有力的交叉校核，因为这两类方法对不同类别的系统误差敏感。
不确定度预算
一次有功功率测量的结果，由数值及其不确定度共同构成。没有预算的数值，仍然只是一个观测。
需要评定的分量：
- 两个通道传递函数的幅值系数；
- 相位分量——两通道相频特性的相对偏差，通过上述关系换算为功率；
- 带宽分量——未计入或已失真谐波的贡献；
- 数字化的噪声、分辨率与量化；
- 漂移：温度漂移、时间漂移、随负载的漂移；
- 所用校准的溯源性；
- 观测窗的有限性以及平稳性假设。
如果各个分量已经换算为有功功率的不确定度，并且可以视为互不相关，则其标准不确定度按平方和方式合成：
当输入量之间存在相关时，须计入相应的协方差项；以原始量单位表示的分量，则通过各自的灵敏系数换算为功率。
在有功分量相对于视在功率较小的平面上，相位不确定度可能成为预算中的主导项：真正危险的并不是视在功率本身的大小，而是接近正交的工作点，再加上各链路相频特性的不确定度。因此，不确定度预算不是报告的附录，而是一件规划工具：在测量尚未进行之前，它就表明用现有链路究竟能够证明什么样的论断。
测量任务的层级
测量始终伴随着工程工作，但在不同的工程成熟度层级上，测量任务本身并不相同。
实验室验证与独立验证
所声明的效应是否存在、是否可重复、在事先声明的边界上发生了什么？验证某一具体论断，并不要求对系统中每一个可及的内部平面都进行计量表征；足够的测量集合，由该论断本身、所选定的边界以及协议要求共同确定。
成熟产品构型的计量表征
产品最终的测量链应当是什么样子，其宽带传递函数、通道间偏差、不确定度与交叉校核如何表征。随着系统从运行环境中的样机走向完整且合格的构型，这项任务会变得越来越重要。
投放市场前的合格评定
某一具体产品构型是否满足适用的法规要求。其内容与程序由适用的产品法规确定。
后一个层级既不取消也不替代前一个层级。它们是不同的问题，而不是对同一个问题采用不同程度的严格性。
本页的边界
以上内容适用于任何视在功率很大、且相位具有决定意义的系统。
本页中没有任何一项论断是从某台具体设备推导出来的，也没有任何一项论断依赖于某台具体设备。
把这些规则应用于具体装置——选定设备的完整边界、清点外部通道、确定层级与验收判据、数据保管、作为协议义务的计量溯源性以及正式结论——属于独立外部验证的范畴。
计量学确定的是：什么样的测量具有证据效力。在具体装置上究竟得到了什么结果，则由依照约定协议进行的独立外部验证确定。
常见问题
为什么不能直接把电压表读数与电流表读数相乘？
因为对于一对确定的信号而言，分别取得的有效值之乘积，刻画的是视在功率的量级，而不确定有功功率。只有在相位关系已知时它才成为有功功率，而相位本身也是一个带有自身误差的被测量。对于任意波形，根本不存在单一的相位角，剩下的只有通过同步积分给出的定义。
相位误差需要小到什么程度？
要小到使视在功率与该误差的乘积，相对于所声称的有功功率足够小。并不存在统一的数值：该要求由具体平面上这两个量的比值确定。
示波器会自动显示功率，这还不够吗？
仪器计算的是两路输入信号乘积的积分。这两路信号是否真正对应端口上的实际电压与实际电流，取决于探头、电缆、回流路径与校准，也就是取决于仪器之外的部分。
电压和电流的数值很大，是否就意味着功率很大？
很大的电压与电流数值，表明运行状态的电气量级很大、对元件的要求很高。它们本身并不确定有功功率；内部环流的物理机理另有专门页面论述。
如果某个内部平面可以被测量，是否就应当把它计入设备的能量平衡？
不。一个平面能否被测量，与它在外部能量平衡中所处的地位，是两回事。不能仅因为每一项内部测量各自都正确，就把不同内部测量的结果当作对输入或输出的彼此独立的贡献。
既然已有一种方法给出了结果，为什么还需要多种方法？
因为不同的方法容易受到不同类别误差的影响。对相位不敏感的方法与直接有功功率测量之间的一致，能够排除单次测量无法揭示的一整类系统误差。
本页描述的是某台具体设备的测量吗？
不是。本页描述的是有功功率测量本身的各项要求。在具体装置上测得了什么、依照何种协议测得，属于独立外部验证的主题。
本页在阅读路线中的位置
测量规则只是其中一层。产生这些物理量的物理机理、允许对它们进行比较的核算规则，以及把它们应用于具体装置的协议，各有专门页面。
本页确立测量规则。独立外部验证把这些规则应用于具体装置。
有功功率计量
