Prawdziwy konwerter RMS

Zniekształcenie przebiegu

Prawdziwy multimetr RMS

W przypadku pomiaru prądu przemiennego sygnał jest często przekształcany na prąd stały o równoważnej wartości, średniej kwadratowej (RMS). Proste oprzyrządowanie i konwertery sygnałów przeprowadzają tę konwersję, filtrując sygnał do średniej wartości wyprostowanej i stosując współczynnik korekcji. Wartość zastosowanego współczynnika korekcji jest poprawna tylko wtedy, gdy sygnał wejściowy jest sinusoidalny .

True RMS zapewnia bardziej poprawną wartość, która jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego średniej kwadratowej krzywej, a nie do średniej wartości bezwzględnej. Dla dowolnego kształtu fali stosunek tych dwóch średnich jest stały, a ponieważ większość pomiarów jest wykonywana na falach (nominalnie) sinusoidalnych, współczynnik korekcji przyjmuje ten kształt fali; ale wszelkie zniekształcenia lub przesunięcia doprowadzą do błędów. Aby to osiągnąć, prawdziwy konwerter RMS wymaga bardziej złożonego obwodu.

Cyfrowe przetworniki RMS

Jeśli przebieg został zdigitalizowany, poprawna wartość RMS może zostać obliczona bezpośrednio. Większość oscyloskopów cyfrowych i opartych na komputerach PC zawiera funkcję podawania wartości RMS przebiegu. Precyzja i przepustowość konwersji są całkowicie zależne od konwersji analogowo-cyfrowej. W większości przypadków pomiary rzeczywistej wartości skutecznej są wykonywane na powtarzalnych przebiegach, aw takich warunkach oscyloskopy cyfrowe (i kilka zaawansowanych multimetrów próbkujących) są w stanie osiągnąć bardzo duże szerokości pasma, ponieważ próbkują z dużo wyższą częstotliwością próbkowania niż częstotliwość sygnału, aby uzyskać efekt stroboskopowy. efekt.

Konwertery termiczne

Wartość RMS prądu przemiennego jest również znana jako jego wartość opałowa , ponieważ jest to napięcie, które jest równoważne wartości prądu stałego , która byłaby wymagana do uzyskania tego samego efektu ogrzewania. Na przykład, jeśli 120 V AC RMS zostanie przyłożone do rezystancyjnego elementu grzejnego, nagrzeje się on dokładnie o taką samą wartość, jak w przypadku przyłożenia 120 V DC.

Zasada ta była wykorzystywana we wczesnych konwerterach termicznych. Sygnał AC byłby doprowadzany do małego elementu grzejnego, który był dopasowany do termistora , który mógłby być użyty w obwodzie pomiarowym prądu stałego.

Technika ta nie jest bardzo precyzyjna, ale umożliwia pomiar dowolnego kształtu fali przy dowolnej częstotliwości (z wyjątkiem skrajnie niskich częstotliwości, gdzie pojemność cieplna termistora jest zbyt mała, co powoduje zbyt duże wahania jego temperatury). Dużą wadą jest to, że ma niską impedancję: to znaczy, że energia używana do ogrzewania termistora pochodzi z mierzonego obwodu. Jeżeli mierzony obwód może wytrzymać prąd grzejny, to możliwe jest wykonanie obliczeń po pomiarze w celu skorygowania efektu, ponieważ znana jest impedancja elementu grzejnego. Jeśli sygnał jest mały, konieczny jest przedwzmacniacz, a możliwości pomiarowe przyrządu będą przez ten przedwzmacniacz ograniczone. W częstotliwości radiowej ( RF ), niska impedancja niekoniecznie jest wadą, ponieważ impedancje sterujące i końcowe 50 omów są szeroko stosowane.

Konwertery termiczne stały się rzadkością, ale nadal są używane przez krótkofalowców i hobbystów, którzy mogą usunąć element termiczny ze starego, zawodnego instrumentu i włączyć go do nowoczesnego projektu własnej konstrukcji. Ponadto przy bardzo wysokich częstotliwościach ( mikrofale ) mierniki mocy RF nadal wykorzystują techniki termiczne do konwersji energii RF na napięcie. Termiczne mierniki mocy są normą dla pracy fal milimetrowych (MMW) RF.

Analogowe przetworniki elektroniczne

Analogowe układy elektroniczne mogą wykorzystywać:

• mnożnik analogowy w określonej konfiguracji, który mnoży sygnał wejściowy przez siebie (podnosi go do kwadratu), uśrednia wynik z kondensatorem, a następnie oblicza pierwiastek kwadratowy z wartości (poprzez układ mnożnik/kwadrat w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego ), Lub
• prostownika precyzyjnego pełnookresowego w celu wytworzenia wartości bezwzględnej sygnału wejściowego, który jest podawany do wzmacniacza logarytmicznego , podwojony i podawany do wzmacniacza wykładniczego w celu wyprowadzenia funkcji przenoszenia kwadratowego ${\ Displaystyle x ^ {2} = e ^ {2 \ ln {| x|}}}$ , a następnie wykonuje się średnią czasową i pierwiastek kwadratowy, podobnie jak powyżej,
• Detektor precyzji w domenie logarytmicznej ( detektor Blackmer RMS ) również oblicza logarytm wartości bezwzględnej sygnału wejściowego, jednak uśrednianie czasu jest wykonywane na logarytmie, a nie na kwadracie sygnału wejściowego. Wyjście jest logarytmiczne (skala decybeli), z szybkim atakiem, ale powolnym i liniowym zanikiem.
• tranzystor polowy może być użyty do bezpośredniego utworzenia funkcji przenoszenia zgodnie z prawem kwadratowym przed uśrednieniem w czasie.

W przeciwieństwie do konwerterów termicznych podlegają one ograniczeniom szerokości pasma , co czyni je nieodpowiednimi do większości prac RF . Obwody przed uśrednieniem czasu są szczególnie istotne dla wydajności w zakresie wysokich częstotliwości. Szybkość narastania ograniczenia wzmacniacza operacyjnego użytego do wytworzenia wartości bezwzględnej (zwłaszcza przy niskich poziomach sygnału wejściowego) powodują, że druga metoda jest najsłabsza przy wysokich częstotliwościach, podczas gdy metoda FET może pracować blisko VHF. Do wyprodukowania wystarczająco dokładnych układów scalonych do skomplikowanych obliczeń analogowych wymagane są specjalistyczne techniki, a bardzo często mierniki wyposażone w takie układy oferują konwersję rzeczywistej wartości skutecznej jako opcję dodatkową przy znacznym wzroście ceny.

Linki zewnętrzne

• Opis obwodu analogowej przetwornicy true RMS-na-DC opartej na technice log/antilog .

• https://meterreviews.com/best-fluke-multimeter/ Lista multimetrów cyfrowych wyposażonych w funkcję True RMS.

Literatura

• Kurt Bergmann: Elektrische Messtechnik. Vieweg, 2000, 6. Aufl., S. 18.
• Wilfried Weißgerber: Elektrotechnik für Ingenieure 2. Springer Vieweg, 2013, 8. Aufl., S. 2.