Wstęp
Pomiar napięcia trueRMS AC nie jest łatwym zadaniem, nie takim, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Przede wszystkim dlatego, że najczęściej trzeba mierzyć nie napięcie czysto sinusoidalne, a coś bardziej złożonego, komplikowanego obecnością harmonicznych szumów.
Dlatego kusząco proste rozwiązanie z detektorem wartości średniej przeliczonej na rms. wartości nie działają, gdy przebieg bardzo różni się od sinusoidalnego lub jest po prostu nieznany.
Profesjonalne woltomierze por. mkw. wartości są dość złożonymi urządzeniami zarówno w obwodach, jak i algorytmach. W większości mierników, które mają charakter pomocniczy i służą do kontroli funkcjonowania, taka złożoność i dokładność nie są wymagane.
Wymaga również montażu miernika na najprostszym mikrokontrolerze 8-bitowym.
Ogólna zasada pomiaru
Niech będzie pewne napięcie przemienne w postaci pokazanej na ryc. 1.
Napięcie quasi-sinusoidalne ma pewien quasiokres T.
Zaletą pomiaru napięcia skutecznego jest to, że generalnie czas pomiaru nie jest ważny, wpływa jedynie na pasmo częstotliwości pomiaru. Więcej czasu daje więcej uśredniania, mniej czasu daje możliwość dostrzeżenia krótkoterminowych zmian.
Definicja podstawowa por. mkw. wartości wygląda tak:
gdzie u (t) jest chwilową wartością napięcia
T - okres pomiarowy
Zatem czas pomiaru może być, ogólnie rzecz biorąc, dowolny.
W przypadku rzeczywistego pomiaru za pomocą rzeczywistego sprzętu do obliczania całki konieczne jest skwantowanie sygnału z określoną częstotliwością, oczywiście przekraczającą co najmniej 10-krotność częstotliwości quasi-sinusoidy. Przy pomiarze sygnałów o częstotliwościach w zakresie 20 kHz nie stanowi to problemu nawet dla mikrokontrolerów 8-bitowych.
Inną rzeczą jest to, że wszystkie standardowe kontrolery mają zasilanie jednobiegunowe. Dlatego nie jest możliwe zmierzenie chwilowego napięcia przemiennego w momencie ujemnej półfali.
Praca proponuje dość pomysłowe rozwiązanie, jak wprowadzić do sygnału składową stałą. Jednocześnie w decyzji tej określono moment, w którym warto rozpocząć lub zakończyć proces obliczania zob. mkw. wartości wydają się dość niewygodne.
W niniejszej pracy proponujemy sposób na pokonanie tej wady, a także wyliczenie całki z większą dokładnością, co pozwala na ograniczenie liczby punktów próbkowania do minimum.
Cechy części analogowej miernika
Na ryc. 2 przedstawia rdzeń analogowego obwodu wstępnego przetwarzania.
Sygnał przechodzi przez kondensator C1 do wzmacniacza kształtującego zamontowanego na wzmacniaczu operacyjnym DA1. Sygnał napięciowy AC jest mieszany na nieodwracającym wejściu wzmacniacza z połową napięcia odniesienia używanego w ADC. Wybrane napięcie wynosi 2,048 V, ponieważ w urządzeniach kompaktowych często stosuje się napięcie zasilania +3,6 V lub mniej. W innych przypadkach wygodnie jest użyć 4,048 V, jak w.
Z wyjścia wzmacniacza kształtującego przez łańcuch całkujący R3-C2 sygnał jest podawany na wejście ADC, które służy do pomiaru składowej stałej sygnału (U0). C wzmacniacza kształtującego, sygnał U' jest sygnałem mierzonym, przesuniętym o połowę napięcia odniesienia. Tak więc, aby otrzymać składnik zmienny, wystarczy obliczyć różnicę U'-U0.
Sygnał U0 jest również używany jako odniesienie dla komparatora DA2. Gdy U' przechodzi przez wartość U0, komparator generuje różnicę, która jest wykorzystywana do utworzenia procedury przerwania do zbierania próbek pomiarowych.
Ważne jest, że wiele nowoczesnych mikrokontrolerów ma wbudowane zarówno wzmacniacze operacyjne, jak i komparatory, nie wspominając o przetworniku ADC.
Podstawowy algorytm
Na ryc. 3 przedstawia podstawowy algorytm dla przypadku pomiaru wielkości napięcia przemiennego o częstotliwości podstawowej 50 Hz. 
Pomiar może być wyzwalany dowolnym zdarzeniem zewnętrznym aż do ręcznego naciśnięcia przycisku.
Po uruchomieniu najpierw mierzona jest składowa stała w sygnale wejściowym ADC, a następnie regulator przechodzi w oczekiwanie na dodatnią różnicę na wyjściu komparatora. Gdy tylko wystąpi przerwanie zbocza, sterownik pobiera 20 punktów z krokiem czasowym odpowiadającym 1/20 quasi-okresu.
Algorytm mówi X ms, ponieważ LDP ma swoje własne opóźnienie. Aby pomiar odbył się we właściwym czasie, należy wziąć pod uwagę to opóźnienie. Dlatego rzeczywiste opóźnienie będzie mniejsze niż 1 ms.
W tym przykładzie opóźnienie odpowiada pomiarom quasi-sinusoid w zakresie 50 Hz, ale może to być dowolne opóźnienie zależne od quasi-okresu mierzonego sygnału w zakresie prędkości danego sterownika.
Podczas pomiaru rms. wartości napięć dowolnego sygnału quasi-okresowego, jeśli nie wiadomo a priori, jaki to jest sygnał, wskazane jest mierzenie jego okresu za pomocą wbudowanego w sterownik timera i tego samego wyjścia komparatora. I już na podstawie tego pomiaru ustaw opóźnienie przy próbkowaniu.
Obliczanie średniej kwadratowej wartości pierwiastka
Po utworzeniu próbki przez ADC mamy tablicę wartości U "[i], w sumie 21 wartości, w tym wartość U0. Teraz, jeśli zastosujemy formułę Simpsona (dokładniej Cotes') do całkowania numerycznego, jak najdokładniejsze dla tej aplikacji otrzymujemy następujące wyrażenie:
gdzie h jest krokiem pomiarowym, a zerowy składnik wzoru jest nieobecny, ponieważ z definicji jest równy 0.
W wyniku obliczeń otrzymujemy wartość całki w czystej postaci w postaci odczytów ADC. Aby przeliczyć na wartości rzeczywiste, uzyskaną wartość należy przeskalować z uwzględnieniem wartości napięcia odniesienia i podzielić przez przedział czasu całkowania.
gdzie Uref jest napięciem odniesienia ADC.
Po przeliczeniu na mV, K wynosi w przybliżeniu tylko 2. Współczynnik skali odnosi się do różnicy w nawiasach kwadratowych. Po przeliczeniu i obliczeniu S dzielimy przez przedział pomiarowy. Biorąc pod uwagę czynnik h, faktycznie otrzymujemy dzielenie przez liczbę całkowitą zamiast mnożenia przez h, a następnie dzielenia przez przedział czasu pomiaru.
A na końcu wyciągamy pierwiastek kwadratowy.
I tu pojawia się najciekawsza i najtrudniejsza część. Możesz oczywiście używać do obliczeń zmiennoprzecinkowych, ponieważ język C pozwala na to nawet w przypadku kontrolerów 8-bitowych i wykonywać obliczenia bezpośrednio przy użyciu podanych formuł. Jednak szybkość obliczeń znacznie spadnie. Możliwe jest również wyjście poza bardzo małą pamięć RAM mikrokontrolera.
Aby tego uniknąć, konieczne jest, jak słusznie powiedziano w, użycie punktu stałego i operowanie maksymalnie 16-bitowymi słowami.
Autorowi udało się rozwiązać ten problem i zmierzyć napięcie z błędem Uop/1024, czyli dla podanego przykładu z dokładnością 2 mV z całkowitym zakresem pomiarowym ± 500 mV przy napięciu zasilania +3,3 V, co jest wystarczające do wielu zadań monitorowania procesu.
Sztuczka programowa polega na wykonaniu wszystkich procesów dzielenia, jeśli to możliwe, przed procesami mnożenia lub potęgowania, tak aby pośredni wynik operacji nie przekraczał 65535 (lub 32768 dla akcji podpisanych).
Konkretne rozwiązanie programowe wykracza poza zakres tego artykułu.
Wniosek
W artykule omówiono cechy pomiaru wartości skutecznych napięć za pomocą mikrokontrolerów 8-bitowych, przedstawiono wariant realizacji układu oraz główny algorytm uzyskiwania próbek kwantyzacji rzeczywistego sygnału quasi-sinusoidalnego.
Dwa lata temu testowałem ten model multimetru. Było to urządzenie zamówione na prośbę mojego przyjaciela. Tym razem zamówiłam go sama (liczyłam na prezent). Zamówienie otrzymałem na wiosnę. Ale myślę, że recenzja nie straciła na aktualności. Więc co skłoniło mnie do zrobienia tej recenzji? W tym temacie popełniłem jedno poważne przeoczenie. W ogóle nie zauważyłem napisu True RMS. Brakowało mi też kilku pomiarów. Sprawdzę dokładniej.
I nie zaszkodzi przypomnieć, że jest taki niedrogi multimetr (najtańszy z True RMS). W końcu nie wszyscy czytali tę recenzję.
Skorzystałem z rabatu na zakup multimetru. Jeśli masz punkty, możesz je również wykorzystać.
Najpierw przyjrzyjmy się, jak wszystko dotarło. Pakiet jest bezśladowy. Naprawdę nie chciałem płacić za tor, wiedząc zwłaszcza, że wszystko pochodzi całkiem nieźle z tego sklepu (niecałe 30 dni od zapłaty). 
Opakowanie standardowe bez „bańki”. Wewnątrz pianka polietylenowa miała chronić urządzenie przed wszelkimi niespodziankami. 
Nie chronił przed wszystkimi niespodziankami. W rezultacie mamy poważnie spłaszczone pudełko. Ale urządzenie jest bezpieczne i zdrowe.
Oto, co zostało uwzględnione:
1-pudełko
2-Multimetr
3-Instrukcja w „ojczystym” języku chińskim. Skan można obejrzeć tutaj:
4 dwie baterie AAA (wewnątrz multimetru).
5-Koronka na ……. ręka? Bardziej jak dwa palce (no, bardzo małe).
6-karta gwarancyjna. 
Przez ten czas nic się nie zmieniło w konstrukcji urządzenia. 
Holograficzna naklejka potwierdzająca autentyczność (hieroglify w środku i na obwodzie). 
Otwieram pokrywę i urządzenie jest gotowe do użycia. Sondy z przewodami są starannie zebrane w specjalnej kieszeni. Długość przewodów 37cm + sondy 10cm. Jest bardzo mało miejsca. Z trudem wszystko pasuje. 
Druty są cienkie i nie miękkie. Jeśli wrzucisz go do samochodu i użyjesz okazjonalnie, wystarczy na długi czas. Sondy będą wkrótce musiały zostać wymienione przy codziennym użytkowaniu. Nowe nie zmieszczą się do kieszeni. Będziesz musiał wywiercić otwór (dziur) z boku. W przeciwnym razie pokrywa się nie zamknie.
Nie zauważyłem wtedy tego napisu. 
Na okładce znajduje się krótka charakterystyka możliwości urządzenia. 
Na stronie sklepu, aby uzyskać więcej informacji, wskazując błąd pomiaru. 
W rzeczywistości wszystko jest znacznie lepsze. Więcej o tym później.
Samo urządzenie znajduje się w plastikowej obudowie z pokrywą zakrywającą przedni panel. Korpus jest porządnie wykonany, wszystko jest dobrze dopasowane.
Mały multimetr. 
Zważył to. Z bateriami 127g. 
Napisy na urządzeniu są wyraźne. 
Pokrywka ma zatrzask, zamyka się szczelnie, trzeba trochę wysiłku, aby ją otworzyć. W pokrywie znajduje się szczelina. Urządzenie można zamknąć pokrywą tylko wtedy, gdy przełącznik trybu jest ustawiony w prawidłowej lewej pozycji „wyłączone”. 
Pokrowiec może służyć jako podstawka. Chociaż takie użycie jest wątpliwe. 
Przełącznik trybu pracy to dysk, z wyraźną fiksacją i kliknięciem.
Po włączeniu tryb z automatycznym wyborem zakresu pomiarowego jest automatycznie włączany. Dostępny jest żółty przycisk „RANGE” do ręcznego wyboru zakresu, z cyklicznym przełączaniem.
Nie ma podświetlenia wyświetlacza.
Autowyłączanie.
Jeżeli na urządzeniu nie zostaną wykonane żadne operacje za pomocą przełącznika obrotowego lub przycisków, to po 14-15 minutach wyda cztery krótkie (wystarczająco głośne) ostrzegawcze sygnały dźwiękowe. Po piątym dłuższym czasie multimetr przechodzi w tryb uśpienia i wyłącza się. Aby go ożywić, będziesz musiał ustawić przełącznik trybu w pozycji OFF, a następnie włączyć go w żądaną pozycję. Nie reaguje na naciskanie przycisków, nie da się w ten sposób „ożywić”.
Włączenie / wyłączenie trybu pomiarów automatycznych „ZAKRES” (żółty przycisk).
Działa podczas pomiaru rezystancji i napięcia AC/DC. Aby to zrobić, kliknij przycisk. Krótkie naciśnięcie przełącza podpasma. W trybie pomiaru pojemności i częstotliwości tryb pomiaru automatycznego nie jest wyłączony.
Pomiary względne „REL” (niebieski przycisk).
Działa podczas pomiaru napięcia i rezystancji.
Podczas pomiaru częstotliwości przełącza na tryb pomiaru cyklu pracy.
Rozdzielczość wyświetlacza: 4000 odczytów z liczbą zmiennoprzecinkową.
Możliwości wyświetlania są nadmiarowe w stosunku do możliwości urządzenia.
Urządzenie zasilane jest dwoma bateriami AAA. To niewątpliwie plus. 
W zestawie baterie. Zwykła sól fizjologiczna, lepiej je zmienić. Jeśli popłyną, sprężyny się zepsują.
Kogo to obchodzi, spójrzmy, co jest w środku.
Odkręciłem jedną śrubę samogwintującą. Bez zdjęcia pokrywy baterii nie można dostać się do „podrobów”. Następnie musisz zneutralizować kilka zatrzasków. 
Następnie odkręcam 4 śruby. 
Podkładki stykowe przełącznika są ledwo nasmarowane. Smarowane ciatim.
W środku nie ma ani jednego trymera. Z jednej strony jest źle. Niemożliwe jest dostosowanie dokładności pomiaru (w takim przypadku). Z drugiej strony dobrze. Nie ma trymerów, co oznacza, że nie ma nic do zgubienia.
W roli procesora mikroukład typu „kropelka”. Nie żałowali kompleksu. 
Nie mam uwag do jakości lutowania.
Zamykam urządzenie i przystępuję do określenia dokładności urządzenia.
Wszystkie urządzenia, za pomocą których określę dokładność, mają koszt w zakresie od 10 000 do 100 000 rubli. Oczywiście nie są to urządzenia osobiste. Mało kto ma je do użytku osobistego. Ktoś będzie zainteresowany.
Sprawdźmy jak mierzy się zmianę za pomocą B1-9 (instalacja do sprawdzania woltomierzy) 
To ustawienie umożliwia bezpośredni pomiar błędu w procentach. Ale nie skorzystam z tej wygodnej opcji. Wszystkie pomiary podam w formie tabeli. Moim zdaniem jest to jaśniejsze. Ustawiam częstotliwość na 50Hz, sprowadzam regulator błędu na zero. Po prostu zapisuję to, co pokazuje multimetr. 
Rezultat jest po prostu wspaniały. Nie można zwracać większej uwagi na 10mV. Po pierwsze błąd podaje napięcie indukowane na przewodach (odbiór). Po drugie, w całym swoim życiu nigdy nie musiałem mierzyć napięć na takim poziomie. Do pomiaru napięć na tym poziomie wymagane są przewody ekranowane o krótkiej długości.
To ustawienie umożliwia między innymi zmianę częstotliwości sygnału odniesienia. W efekcie dowiedziałem się, że multimetr pozwala na dokładny pomiar sinusoidy w zakresie 10-1100Hz.
A oto zdjęcie porównawcze zmierzonego napięcia sieci przemysłowej z innym dość dokładnym urządzeniem True RMS V7-78 (uznamy to za wzorowe), które kosztuje raz… drożej niż monitorowane. 
Są rozbieżności. Ale to bardzo dobry wynik. Uwierz mi, pracuję od kilku lat...
Stała zostanie oceniona za pomocą programowalnego kalibratora P320. To proste. Podłączam multimetr do kalibratora i zapisuję co on (multimetr) pokazuje. Wszystkie dane zostały umieszczone w tabeli. 
Przy 420mV - 4.2V - 42V wynik jest po prostu wspaniały. Reszta - w zadeklarowanych granicach.
Przejdźmy do pomiaru oporu.
Pomogą mi sklepy z odpornością P4834 i P4002.
Najpierw zmostkowałem sondy. 
Wszystkie dane pomiarowe są podsumowane w tabeli. 
Jeśli nie weźmiesz pod uwagę limitu 42MΩ, błąd jest znacznie wyższy niż podano (w ostatniej cyfrze).
Dzwoniące diody i brzęczyk są podzielone na różne tryby. Gdy diody dzwonią, napięcie baterii jest obecne na otwartych sondach. Możesz dzwonić diodami LED. Pod obciążeniem napięcie (naturalnie) spada. 
W trybie brzęczyka i pomiarze rezystancji napięcie na sondach wynosi około jednego wolta.
W rzeczywistości są to odczyty zmierzone.
Dokładność pomiaru pojemników sprawdzę za pomocą magazynka P5025.
Wyjaśnię niektóre niuanse.
1. Próbka ma pojemność początkową, należy to wziąć pod uwagę.
2. Przy pomiarach pojemności powyżej 10 μF obserwuje się opóźnienie w pomiarach. Zanotowałem czas opóźnienia w tabeli. 
Sklep jest ograniczony do pojemności 100 μF. Nie mam próbki na większą pojemność.
Dodam kilka zdjęć z pomiarami elektrolitów. 
Chciałem wiedzieć, do jakiego limitu jest przeznaczone urządzenie. Ale nigdy się nie dowiedziałem. 
Specyfikacje mówią, że może mierzyć do 200 μF. Jak widać na zdjęciu, może mierzyć ponad 10.000 μF. Fajna funkcja!
Urządzenie zmierzyło ten pakiet w 7 sekund. Chociaż zgodnie z logiką testowania na próbce myślałem, że spędzi co najmniej minutę.
Pomiar częstotliwości ...
Aby określić dokładność pomiaru podłączyłem się do urządzenia Will "TEK Stabilock 4032. Nie wysilałem się. Urządzenie może dawać skalibrowane częstotliwości, co jest bardzo wygodne. 
Przepraszam za jakość zdjęcia. Urządzenie znajduje się w rogu pokoju. A z lampą błyskową jakość obrazu jest jeszcze gorsza.
Wszystkie dane zostały umieszczone w tabeli. (Czułość częstotliwościowa urządzenia została zduplikowana na G3-112.)
Dokładność odczytów jest wyraźnie wyższa niż podano. 
Mierzy częstotliwość powyżej 10 MHz. To prawda, wrażliwość jest raczej słaba. Musimy podkręcić sygnał. Zatrzymany na 34MHz. 
Wracamy do początku recenzji. Więc co skłoniło mnie do zrobienia tej recenzji? W tym temacie popełniłem jedno poważne przeoczenie. W ogóle nie zauważyłem napisu True RMS. Charakterystyczną cechą tego multimetru jest obliczanie wartości skutecznej mierzonego napięcia AC.
Sprawdzone z MHS-5200A. Ciekawe, że może generować sygnały o dowolnym kształcie. Ustawiłem częstotliwość na 50Hz. Ale jest osobliwość. Pokazuje tylko wahania sygnału (w moim przypadku wartość szczytowa 10V). 
Przebieg i wartość średniej kwadratowej (True RMS) były kontrolowane za pomocą innego urządzenia (kto zna cenę - milcz :))
Najpierw złożył sinusoidę. 
Potem złożył w ten sposób.
Potem ten.
Potem ten. 
I w końcu ... 
Super!
Zwykłe multimetry (dają błąd ponad 8%) na takich przebiegach zaczynają dużo kłamać. 
Skalibrowałem to urządzenie (FUYI FY9805) specjalnie do recenzji, podoba mi się kontrast liczb. Ale nie możesz wstawić do niego True RMS: (Dlatego to kłamie, jeśli nie sinusoida.
A VICTOR VC921 nie zawiódł. Chińczycy nie oszukali. Naprawdę może.
Czas przejść do ostatniej części. Podkreślę to, co mi się podobało, a co nie. Punkt widzenia jest subiektywny.
Minusy:
- Nie można szybko wymienić sond (w przypadku pęknięcia), ponieważ są one wlutowane bezpośrednio w płytkę urządzenia.
- Mała przestrzeń na sondy.
- Zeznania Paleya, w przeciwieństwie do swoich kolegów.
- Nie mierzy natężenia prądu (dla niektórych jest to ważne).
- Brak skali analogowej.
- Brak podświetlenia wyświetlacza.
- Nie miękkie sondy średniej jakości.
Plusy:
+ Wskaźnik pokazuje zmierzone wartości (μF, mV, ...).
+ Autowybór granic pomiaru (z możliwością wyłączenia funkcji).
+ Wykonane starannie i solidnie.
+ Możesz dzwonić diodami LED.
+ Obecność automatycznego wyłączania. Urządzenie wyłączy się po 15 minutach.
+ Urządzenie (z punktu widzenia metrologii) jest po prostu wspaniałe. To prawda, są pewne niuanse.
+ Zasilany dwoma elementami AAA to zdecydowany plus (dla mnie). znajdę ją zawsze i wszędzie (nawet w podróży służbowej, nawet w domu)
+ Obecność gniazda na przełącznik na przedniej obudowie wymusza wyłączenie urządzenia po użyciu.
+ Mierzy elektrolity o pojemności ponad 10 000 μF!
+ Z True RMS!
Wyjście:
Naprawdę warto. Zastosuj kupon, a Ty też będziesz szczęśliwy :)
Wydaje się, że wszystko. Jeśli czegoś zapomniałeś, popraw to.
Jak właściwie pozbyć się informacji z mojej recenzji, każdy sam decyduje. Mogę tylko zagwarantować prawdziwość moich pomiarów. Jeśli nie masz pewności, zadawaj pytania. Mam nadzieję, że przynajmniej komuś pomogłem.
Otóż to.
Powodzenia wszystkim!
Dokładne pomiary to trudne zadanie stojące przed technologami i serwisantami nowoczesnych zakładów produkcyjnych i urządzeń różnych organizacji. W naszym codziennym życiu coraz częściej pojawiają się komputery osobiste, napędy o zmiennej prędkości i inne urządzenia o niesinusoidalnych charakterystykach poboru prądu i napięcia roboczego (w postaci krótkotrwałych impulsów, ze zniekształceniami itp.). Taki sprzęt może powodować nieodpowiednie odczyty na konwencjonalnych miernikach uśredniających (które obliczają wartość skuteczną).
Dlaczego warto wybrać instrumenty True-RMS?
Kiedy mówimy o prądach AC, zwykle mamy na myśli średnie efektywne rozpraszanie ciepła lub średnią kwadratową (RMS) wartości prądu. Wartość ta jest równoważna prądowi stałemu, który wywołałby taki sam efekt cieplny jak mierzony prąd przemienny i jest obliczana według następującego wzoru:
.
Jednak gdy krzywa sinusoidalna odbiega od idealnego kształtu, współczynnik ten przestaje działać. Z tego powodu uśrednianie liczników często daje błędne wyniki podczas pomiaru prądów w nowoczesnych sieciach elektroenergetycznych.
Obciążenia liniowe i nieliniowe
Ryż. 1. Krzywe napięcia o postaci sinusoidalnej i odkształconej.
Obciążenia liniowe, na które składają się tylko rezystory, cewki i kondensatory, charakteryzują się sinusoidalną krzywą prądu, dzięki czemu nie ma problemów z pomiarem ich parametrów. Jednak w przypadku odbiorników nieliniowych, takich jak przemienniki częstotliwości i zasilacze do urządzeń biurowych, krzywe zniekształcone występują w obecności zakłóceń od odbiorników o dużej mocy.
Ryż. 2. Krzywe prądu i napięcia zasilacza komputera osobistego.
Pomiar prądów skutecznych z takich odkształconych krzywych za pomocą konwencjonalnych mierników może dawać, w zależności od charakteru obciążenia, znaczne niedoszacowanie prawdziwych wyników:
|
Klasa urządzenia | Typ obciążenia / kształt krzywej
|
|||
| PWM (meander) | dioda jednofazowa prostownik | dioda trójfazowa prostownik |
||
| RMS | prawidłowo | przeszacowanie o 10% | niedopowiedzenie o 40% | niedoszacowanie 5% ... 30% |
| Prawdziwa RMS | prawidłowo | prawidłowo | prawidłowo | prawidłowo |
Dlatego użytkownicy zwykłych urządzeń będą mieli pytanie, dlaczego np. bezpiecznik 14-amperowy regularnie się przepala, choć według amperomierza prąd to tylko 10 A.
Przyrządy True RMS (True RMS)
Aby zmierzyć prąd o odkształconych krzywych, konieczne jest sprawdzenie kształtu sinusoidy za pomocą analizatora krzywej sygnału, a następnie użycie miernika z odczytami uśrednionymi tylko wtedy, gdy krzywa okaże się rzeczywiście idealną sinusoidą. Jednak znacznie wygodniej jest używać miernika True RMS przez cały czas i zawsze mieć pewność swoich pomiarów. Nowoczesne multimetry i cęgi prądowe tej klasy wykorzystują zaawansowane technologie pomiarowe do wyznaczania rzeczywistych wartości skutecznych prądu przemiennego, niezależnie od tego, czy krzywa prądu jest idealną sinusoidą, czy jest odkształcona. W tym celu stosuje się specjalne konwertery, które określają główną różnicę w kosztach w stosunku do odpowiedników budżetowych. Jedynym ograniczeniem jest to, że krzywa musi mieścić się w dopuszczalnym zakresie pomiarowym używanego przyrządu.
Wszystko, co dotyczy cech pomiaru nieliniowych prądów obciążenia, dotyczy również pomiaru napięć. Krzywe napięcia również często nie są idealnymi sinusoidami, co powoduje, że uśrednianie mierników daje nieprawidłowe wyniki.
Na podstawie opisanych powyżej przykładów, w nowoczesnych, zaawansowanych technologicznie układach elektrycznych do pomiaru prądów i napięć zaleca się stosowanie urządzeń klasy True RMS.
Średnia kwadratowa (RMS). Efektywna lub efektywna wartość
Rzeczywista średnia kwadratowa (TRMS)
Średnia kwadratowa (RMS) - średnia kwadratowa - inż.
True Root-Mean-Square (TRMS) - prawdziwa wartość średnia kwadratowa - inż.
Dla dowolnej funkcji okresowej (na przykład prądu lub napięcia) w postaci f = f (t), wartość skuteczna funkcji jest zdefiniowana jako:
wtedy efektywna wartość okresowej funkcji niesinusoidalnej wyraża się wzorem
 |
Ponieważ Fn jest amplitudą n-tej harmonicznej, to Fn / √2 jest efektywną wartością harmonicznej. Tak więc otrzymane wyrażenie pokazuje, że efektywna wartość okresowej funkcji niesinusoidalnej jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z sumy kwadratów efektywnych wartości harmonicznych i kwadratu składowej stałej.
Na przykład, jeśli prąd niesinusoidalny jest wyrażony wzorem:
 |
wtedy aktualna wartość skuteczna wynosi:
 |
Wszystkie powyższe współczynniki są wykorzystywane przy obliczaniu w testerach pomiarowych ISKZ, w obwodach pomiaru prądu UPS, w analizatorach sieci i innych urządzeniach.
Prawdziwa średnia kwadratowa (TRMS)
Większość prostych testerów nie może dokładnie zmierzyć wartości skutecznej sygnału niesinusoidalnego (tj. sygnału o dużym zniekształceniu harmonicznym, takim jak fala prostokątna). Prawidłowo określają napięcie skuteczne tylko dla sygnałów sinusoidalnych. Jeśli zmierzysz napięcie skuteczne o kształcie prostokąta za pomocą takiego urządzenia, odczyt będzie błędny. Powodem błędu jest to, że konwencjonalne testery w obliczeniach uwzględniają podstawową harmoniczną (dla konwencjonalnej sieci - 50 Hz), ale nie biorą pod uwagę wyższych harmonicznych sygnału.
Aby rozwiązać ten problem, istnieją specjalne przyrządy, które dokładnie mierzą RMS, biorąc pod uwagę wyższe harmoniczne (zwykle do 30-50 harmonicznych). Są one oznaczone symbolem TRMS lub TRMS (true pierwiastek średniokwadratowy) - prawdziwa pierwiastkowa wartość średnia kwadratowa, True RMS, true RMS.
Tak więc np. konwencjonalny tester może z błędem zmierzyć napięcie na wyjściu UPS z przybliżoną sinusoidą, podczas gdy tester „APPA 106 TRUE RMS MULTIMETER” mierzy napięcie poprawnie (RMS).
Uwagi
Dla sygnału sinusoidalnego napięcie fazowe w sieci (neutralne - fazowe, fazowe) jest równe:
USCZ f = Umax f / (√2)
Dla sygnału sinusoidalnego napięcie międzyprzewodowe (międzyfazowe, międzyliniowe) wynosi:
URMS l = Umax l / (√2)
Zależność między napięciem fazowym i liniowym:
USCZ l = USCZ f * √3
Legenda:
f - liniowy (napięciowy)
l - faza (napięcie)
RMS - RMS
max - wartość maksymalna lub szczytowa (napięcie)
Przykłady:
Napięcie fazowe 220 V odpowiada napięciu sieciowemu 380 V
Napięcie fazowe 230 V odpowiada napięciu sieciowemu 400 V
Napięcie fazowe 240 V odpowiada napięciu sieciowemu 415 V
Napięcie fazowe:
Napięcie w sieci wynosi 220 V (RMS), - wartość amplitudy napięcia ok. ±310 V
Napięcie sieciowe 230 V (RMS), - wartość szczytowa napięcia ok. ± 325 V
Napięcie sieciowe 240 V (RMS), - wartość szczytowa napięcia około ± 340 V
Napięcie sieciowe:
Napięcie sieciowe 380 V (RMS), - wartość szczytowa napięcia około ± 537 V
Napięcie sieciowe 400 V (RMS), - wartość szczytowa napięcia około ± 565 V
Napięcie sieciowe 415 V (RMS), - wartość szczytowa napięcia około ± 587 V
Poniżej znajduje się typowy przykład napięć fazowych w sieci 3-fazowej:
 |
ŻOŁNIERZ AMERYKAŃSKI. Atabekov Podstawy teorii łańcuchów s. 176, 434 s.
Przedstawiony w artykule watomierz prądu przemiennego umożliwia pomiar następujących parametrów:
1. Napięcie skuteczne
2.
Prąd RMS
3. Moc czynna
4. Pełna moc
5.
Współczynnik mocy
6. Średnia moc obciążenia (patrz poniżej)
Możliwości i cechy tej realizacji:
1. Zmierzony zakres mocy jest podzielony na dwa zakresy w celu poprawy dokładności, a przełączanie między nimi następuje automatycznie.
2. Aby poprawić czytelność i uprościć odczyty, zaimplementowano dwie opcje wyświetlania informacji (na zdjęciu poniżej)
3. Urządzenie pozwala określić wyjście napięcia i prądu poza ustalone limity i na podstawie tych informacji sterować obciążeniem.
4. Urządzenie mierzy również moc w okresie, dzięki czemu można określić rzeczywiste zużycie urządzeń o zmiennej mocy (lodówka, żelazko, komputer).
Zdjęcie
Czynna moc. Aktualny. Napięcie.
To samo jest moc brutto. Współczynnik mocy. Moc średnia w okresie pomiarowym.
Technika pomiaru:
Jest doskonały artykuł Olega Artamonowa http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484
To zgodnie z nią (i z teorią) budowany jest program.
Schemat :
Zbudowany z łatwo dostępnych komponentów i łatwy do powtórzenia.
Zasilacz - dowolny zasilacz 5V z małym tętnieniem.
Wzmacniacz - LM2904 lub podobny
Trymery P1 i P2 - wieloobrotowe
Bocznik Rsh składa się z rezystorów 0,1 Ohm 2W połączonych równolegle. Dobierany na podstawie około 1 rezystora na 1 kW maksymalnej mierzonej mocy. Na planszy jest miejsce na 10 sztuk. Mam 4 zainstalowane, około 4 kW.
ATMega8 jest skonfigurowany do pracy z wewnętrznym generatorem 8MHz.
Wygląd zewnętrzny :
Zwróć uwagę na transoptor w lewym górnym rogu.
Płytka drukowana:
Uwaga: nie wszystkie elementy płytki drukowanej są używane. W obecnej wersji nie ma potrzeby stosowania kwarcu z jego wiązaniem, przycisku K2 (obok K1, nieoznaczonego).
Optoizolator znajduje się w prawym rogu, ale polecam zrobić go jako osobne urządzenie. Przyda się.
Konfiguracja i obsługa obwodu:
Uwaga: obwód jest pod napięciem sieciowym. Wykonaj oprogramowanie układowe MK przy wyłączonym napięciu, włącz je przez programator! Podłącz wyjście UART tylko przez transoptor!
Konfiguracja podzielona jest na dwa etapy.
Krok 1. Regulacja punktu zerowego.
Naciśnij przycisk i włącz urządzenie. Zwolnij przycisk.
Na ekranie pojawi się obraz następującego typu:
Są to wartości napięcia i prądu w skali 0..1023.
Od lewej do prawej: minimum okresu, maksimum okresu, średnia.
Używając trymerów P1 i P2 ustaw średnią na 511.
Sprawdzamy obecność zapasów powyżej i poniżej minimum i maksimum.
Liczba po # wskazuje liczbę próbek pobranych w okresie. Ta liczba powinna być nieco mniejsza niż 200.
Etap 2. Kalibracja.
Podłącz adapter UART-USB. Na przykład tak:
poprzez optoodsprzęganie. Jej tablica znajduje się w pliku wraz z tablicą główną, w kolejnej zakładce.
Uruchom program terminala z prędkością 4800.
- Podłącz przykładowy woltomierz i amperomierz oraz aktywne obciążenie np. 100W.
- Podłącz urządzenie do sieci. Podczas ładowania na obrazie „termometru” przytrzymaj K1 i nie zwalniaj go, dopóki „termometr” nie dotrze do krawędzi ekranu. (Konfiguracja) pojawi się na ekranie.
- W terminalu powinien pojawić się obraz:
To jest okno dialogowe. Nowa wartość jest zapisywana w następujący sposób:
(pozycja) (Enter) (wartość) (Enter)
Wyjaśnienie punktów:
1, stała dla napięcia
2.
Stała dla bieżącego 1 zakresu
3. Stała dla zakresu prądu 2
4. Liczba okresów pomiarowych. Wpływa na częstotliwość aktualizacji informacji.
5,6,7 Instalacje do kontroli obciążenia (bezpiecznik). Wyjścia sterujące LED1, LED2.
8. Sterowanie wyjściem do terminala. Zobacz poniżej.
0. Wyjście
Aby skalibrować, uzupełnij proporcję postaci: X = (zapisana stała) * (napięcie odniesienia) / (napięcie wyświetlane)
Napisz do pamięci. Powtórzyć w razie potrzeby.
Powtórz dla prądu, a następnie zmień obciążenie, aby dostać się do drugiego zakresu (powiedzmy 1000 W) i powtórz ponownie.
Wszystko, możesz tego użyć.
Inne:
1. Wskaźnik znajduje się w prawym górnym rogu. Jego miganie potwierdza sprawność urządzenia.
Kropka wewnątrz tego wskaźnika pokazuje zawarty zakres: mniej - 1 zakres, więcej - 2 zakres.
2. Stały Disp, opisany w drugim etapie kalibracji, kontroluje tryb wyprowadzania danych do terminala.
Disp = 0 Nic nie jest wyświetlane.
Disp = 1 Duplikuj wyświetlane dane do terminala:
Disp = 2 Tryb „oscyloskopu”. W tym trybie zapisane dane pomiarowe chwilowych wartości napięcia i prądu są wyprowadzane na terminal, gdzie można je skopiować (na przykład) do Excela, sprawdzić pod kątem adekwatności i po prostu wykorzystać do badania przebiegów prądu i napięcia w sieć. Do artykułu dołączony jest przykładowy plik.
4. W trybie pracy klawisz K1 przełącza pomiędzy trybami wyświetlania.
To wszystko. Chciałbym usłyszeć od ciebie.
Lista pierwiastków radiowych
| Przeznaczenie | Typ | Określenie | Ilość | Notatka | Sklep | Mój notebook | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BP | Zasilacz | 5 woltów | 1 | Każdy | Do notatnika | ||
| Adapter USB-UART | 1 | Wymagane do kalibracji | Do notatnika | ||||
| Płytka izolacji optycznej | 1 | Na zdjęciu do adaptera USB-UART | Do notatnika | ||||
| OP1, OP2 | Wzmacniacz operacyjny | LM2904 | 1 | Do notatnika | |||
| IC2 | MK AVR 8-bitowy | ATmega8 | 1 | Do notatnika | |||
| wyświetlacz LCD | HD44780 2x20 | 1 | Do notatnika | ||||
| D1, D2 | Dioda prostownicza | 1N4007 | 2 | Do notatnika | |||
| LED1, LED2 | Dioda LED | 2 | Do notatnika | ||||
| C1, C2 | Kondensator elektrolityczny | 6,8 uF | 2 | Do notatnika | |||
| C3 | Kondensator | 100 nF | 1 | Do notatnika | |||
| R1 | Rezystor | 20 kΩ | 1 | Do notatnika | |||
| R2, R5, R8 | Rezystor | 10 kΩ | 3 | Do notatnika | |||
| R3, R6, R10, R13, R14 | Rezystor | 1kΩ | 5 | Do notatnika | |||
| R4 | Rezystor | 470 tys. Ohm | 1 | Do notatnika | |||
| R7 | Rezystor | 0,1 oma 2W | 10 | Rsh, połączone równolegle, wybierz ilość | Do notatnika | ||
| R9, R12 | Rezystor | 680 omów | 2 | Do notatnika | |||
| R11 | Rezystor | 330 tys | 1 | Do notatnika | |||
| P1 | Rezystor przycinania | 330 tys | 1 | Wieloobrotowy | Do notatnika | ||
| P2 | Rezystor przycinania | 1,5 kiloomów | 1 | Wieloobrotowy | |||
