Конвертер True RMS - True RMS converter

Искажение формы волны

Мультиметр True RMS

Для измерения переменный ток сигнал часто преобразуется в постоянный ток эквивалентной стоимости, среднеквадратичное значение (RMS). Простые приборы и преобразователи сигналов выполняют это преобразование, фильтруя сигнал в среднее выпрямленное значение и применение поправочного коэффициента. Значение применяемого поправочного коэффициента является правильным, только если входной сигнал синусоидальный.

True RMS обеспечивает более правильное значение, которое пропорционально квадратному корню из среднего квадрата кривой, а не среднему абсолютному значению. Для любого данного форма волны, соотношение этих двух средних значений является постоянным, и, поскольку большинство измерений выполняется на (номинально) синусоидальных волнах, поправочный коэффициент принимает эту форму волны; но любые искажения или смещения приведут к ошибкам. Для этого истинный преобразователь RMS требуется более сложная схема.

Цифровые преобразователи RMS

Если сигнал был оцифрован, правильное среднеквадратичное значение можно рассчитать напрямую. Большинство цифровых и основанных на ПК осциллографы включить функцию для получения среднеквадратичного значения сигнала. Точность и полоса преобразования полностью зависят от аналого-цифрового преобразования. В большинстве случаев истинные среднеквадратичные измерения выполняются для повторяющихся сигналов, и в таких условиях цифровые осциллографы (и несколько сложных мультиметров выборки) могут достигать очень высокой полосы пропускания, поскольку они производят выборку с гораздо более высокой частотой дискретизации, чем частота сигнала, чтобы получить стробоскопический сигнал. эффект.

Термопреобразователи

Среднеквадратичное значение переменный ток также известен как его теплотворная способность, так как это напряжение эквивалентно постоянный ток значение, необходимое для получения такого же нагревающего эффекта. Например, если на резистивный нагревательный элемент он будет нагреваться точно на такую же величину, как если бы было приложено 120 В постоянного тока.

Этот принцип использовался в первых термопреобразователях. Сигнал переменного тока будет подаваться на небольшой нагревательный элемент, который совмещен с термистор, который может использоваться в цепи измерения постоянного тока.

Этот метод не очень точен, но он позволяет измерять любую форму волны на любой частоте (за исключением чрезвычайно низких частот, где тепловая емкость термистора слишком мала, так что его температура слишком сильно колеблется). Большим недостатком является то, что он имеет низкое сопротивление: то есть мощность, используемая для нагрева термистора, исходит от измеряемой цепи. Если измеряемая цепь может поддерживать ток нагрева, то можно выполнить расчет после измерения, чтобы скорректировать эффект, так как сопротивление нагревательного элемента известно. Если сигнал слабый, необходим предварительный усилитель, и измерительные возможности прибора будут ограничены этим предварительным усилителем. На радиочастоте (РФ ), низкий импеданс не обязательно является недостатком, поскольку широко используются управляющее и оконечное сопротивление 50 Ом.

Термопреобразователи стали редкостью, но все еще используются радиолюбителями и любителями, которые могут удалить тепловой элемент из старого ненадежного прибора и включить его в современный дизайн собственной конструкции. Кроме того, на очень высоких частотах (микроволновая печь ), ВЧ-измерители мощности по-прежнему используют тепловые методы для преобразования ВЧ-энергии в напряжение. Тепловые измерители мощности - норма для миллиметровых волн. (MMW) РФ работают.

Аналоговые электронные преобразователи

Аналоговые электронные схемы могут использовать:

ан аналоговый умножитель в конкретной конфигурации, которая умножает входной сигнал сам на себя (возводит его в квадрат), усредняет результат с помощью конденсатора, а затем вычисляет квадратный корень из значения (через схему умножителя / квадратора в контуре обратной связи операционный усилитель ), или же
полная волна прецизионный выпрямитель цепь для создания абсолютная величина входного сигнала, который подается в лог усилитель, удвоенный и поданный в экспоненциальный усилитель как средство получения квадратичной передаточной функции ${ Displaystyle х ^ {2} = е ^ {2 ln {| х |}}}$ , а затем выполняется усреднение по времени и извлечение квадратного корня, как описано выше,
прецизионный детектор в лог-области (Детектор Blackmer RMS ) также вычисляет логарифм абсолютного значения входного сигнала, однако усреднение по времени выполняется по логарифму, а не по квадрату входного сигнала. Выходной сигнал является логарифмическим (шкала децибел) с быстрой атакой, но медленным и линейным затуханием.^[1]
а полевой транзистор может использоваться для прямого создания квадратичной передаточной функции перед усреднением по времени.

В отличие от термопреобразователей они подлежат пропускная способность ограничения, которые делают их непригодными для большинства РФ работай. Схема перед усреднением по времени особенно важна для высокочастотных характеристик. В скорость нарастания Ограничение операционного усилителя, используемого для создания абсолютного значения (особенно при низких уровнях входного сигнала), делает второй метод самым плохим на высоких частотах, в то время как метод полевого транзистора может работать близко к VHF. Для создания достаточно точных интегральных схем для сложных аналоговых вычислений требуются специальные методы, и очень часто счетчики, оснащенные такими схемами, предлагают истинное преобразование среднеквадратичных значений в качестве дополнительной опции со значительным увеличением цены.

внешняя ссылка

Описание схемы^[1] аналогового преобразователя истинного среднеквадратичного значения в постоянный ток на основе журнал / антилог техники.

Литература

Курт Бергманн: Elektrische Messtechnik. Vieweg, 2000, 6. Aufl., S. 18.
Вильфрид Вайсгербер: Elektrotechnik für Ingenieure 2. Springer Vieweg, 2013, 8. Aufl., S. 2.

^ National Semiconductor - детектор истинных среднеквадратичных значений LB-25 (Linear Brief 25), июнь 1973 г.

[1] Тайлер, Лес; Кирквуд, Уэйн (2008). «12.3.4 Выделенные аналоговые интегральные схемы для аудио приложений». В Глен Баллоу (ред.). Справочник звукооператора. Четвертый выпуск. Focal / Elsevier. С. 347–348. ISBN 978-0-240-80969-4.CS1 maint: ref = harv (связь)

[2] National Semiconductor - детектор истинных среднеквадратичных значений LB-25 (Linear Brief 25), июнь 1973 г.

[1]

[1]