Äkta RMS-omvandlare

Förvrängning av en vågform

Äkta RMS multimeter

För mätning av en växelström omvandlas signalen ofta till en likström av ekvivalent värde, root mean square (RMS). Enkla instrumentering och signalomvandlare utför denna omvandling genom att filtrera signalen till ett genomsnittligt likriktat värde och tillämpa en korrektionsfaktor. Värdet på den tillämpade korrektionsfaktorn är endast korrekt om insignalen är sinusformad .

Sann RMS ger ett mer korrekt värde som är proportionellt mot kvadratroten av medelvärdet av kurvans kvadrat, och inte mot medelvärdet av det absoluta värdet. För varje given vågform är förhållandet mellan dessa två medelvärden konstant och eftersom de flesta mätningar görs på vad som är (nominellt) sinusvågor, antar korrigeringsfaktorn denna vågform; men eventuell förvrängning eller förskjutningar kommer att leda till fel. För att uppnå detta kräver en äkta RMS-omvandlare en mer komplex krets.

Digitala RMS-omvandlare

Om en vågform har digitaliserats kan rätt RMS-värde beräknas direkt. De flesta digitala och PC-baserade oscilloskop har en funktion för att ge RMS-värdet för en vågform. Precisionen och bandbredden för omvandlingen är helt beroende av den analoga till digitala omvandlingen. I de flesta fall görs sanna RMS-mätningar på repetitiva vågformer, och under sådana förhållanden kan digitala oscilloskop (och några sofistikerade samplingsmultimetrar) uppnå mycket höga bandbredder eftersom de samplar med mycket högre samplingsfrekvens än signalfrekvensen för att erhålla en stroboskopisk effekt.

Termiska omvandlare

RMS-värdet för en växelström är också känt som dess värmevärde , eftersom det är en spänning som motsvarar likströmsvärdet som skulle krävas för att få samma värmeeffekt. Till exempel, om 120 V AC RMS appliceras på ett resistivt värmeelement skulle det värmas upp med exakt samma mängd som om 120 V DC applicerades.

Denna princip utnyttjades i tidiga termiska omvandlare. AC-signalen skulle appliceras på ett litet värmeelement som matchades med en termistor , som kunde användas i en DC-mätkrets.

Tekniken är inte särskilt exakt men den kommer att mäta vilken vågform som helst vid vilken frekvens som helst (förutom extremt låga frekvenser, där termistorns termiska kapacitans är för liten så att dess temperatur fluktuerar för mycket). En stor nackdel är att den har låg impedans: det vill säga kraften som används för att värma termistorn kommer från kretsen som mäts. Om kretsen som mäts kan stödja värmeströmmen är det möjligt att göra en eftermätningsberäkning för att korrigera effekten, eftersom värmeelementets impedans är känd. Om signalen är liten är en förförstärkare nödvändig, och instrumentets mätmöjligheter kommer att begränsas av denna förförstärkare. I radiofrekvensarbete ( RF ) är den låga impedansen inte nödvändigtvis en nackdel eftersom 50 ohm driv- och termineringsimpedanser används i stor utsträckning.

Termokonverterare har blivit sällsynta, men används fortfarande av radioskinkor och hobbyister, som kan ta bort det termiska elementet i ett gammalt opålitligt instrument och införliva det i en modern design av sin egen konstruktion. Dessutom, vid mycket höga frekvenser ( mikrovågsugn ), använder RF-effektmätare fortfarande termiska tekniker för att omvandla RF-energin till en spänning. Termobaserade effektmätare är normen för millimetervåg ( MMW) RF-arbete.

Analoga elektroniska omvandlare

Analoga elektroniska kretsar kan använda:

• en analog multiplikator i en specifik konfiguration som multiplicerar insignalen med sig själv (kvadraterar den), ger ett medelvärde av resultatet med en kondensator och sedan beräknar kvadratroten av värdet (via en multiplikator/kvadratkrets i återkopplingsslingan på en operationsförstärkare ), eller
• en fullvågsprecisionslikriktarkrets för att skapa det absoluta värdet av ingångssignalen, som matas in i en logaritmisk förstärkare , dubbleras och matas in i en exponentiell förstärkare som ett sätt att härleda kvadratisk överföringsfunktion ${\displaystyle x^{2}=e^{2\ln {|x|}}},$ och sedan utförs tidsgenomsnittet och kvadratroten, på samma sätt som ovan,
• en log-domänprecisionsdetektor ( Blackmer RMS-detektor ) beräknar också logaritmen för insignalens absoluta värde, men tidsgenomsnittet utförs på logaritmen, snarare än kvadraten, för ingången. Utgången är logaritmisk (decibelskala), med en snabb attack men långsam och linjär avklingning.
• en fälteffekttransistor kan användas för att direkt skapa överföringsfunktionen för kvadratisk lag, före tidsgenomsnitt.

Till skillnad från termiska omvandlare är de föremål för bandbreddsbegränsningar vilket gör dem olämpliga för de flesta RF -arbeten. Kretsen före tidsgenomsnittet är särskilt avgörande för högfrekvent prestanda. Svänghastighetsbegränsningen operationsförstärkaren som används för att skapa det absoluta värdet (särskilt vid låga insignalnivåer) tenderar att göra den andra metoden till den sämsta vid höga frekvenser, medan FET-metoden kan fungera nära VHF. Specialisttekniker krävs för att producera tillräckligt noggranna integrerade kretsar för komplexa analoga beräkningar, och mycket ofta erbjuder mätare utrustade med sådana kretsar sann RMS-konvertering som tillval med en betydande prishöjning.

externa länkar

• Kretsbeskrivning av en analog sann RMS-till-DC-omvandlare baserad på log/antilog- tekniker.

• https://meterreviews.com/best-fluke-multimeter/ En lista över digitala multimetrar som har en sann rms-funktion.

Litteratur

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