True RMS-omformer - True RMS converter

For måling av en vekselstrøm blir signalet ofte konvertert til en likestrøm med ekvivalent verdi, rotmiddelkvadraten (RMS). Enkel instrumentering og signalomformere utfører denne konverteringen ved å filtrere signalet til en gjennomsnittlig rettet verdi og bruke en korreksjonsfaktor. Verdien på den korreksjonsfaktoren som er brukt, er bare riktig hvis inngangssignalet er sinusformet .

True RMS gir en mer korrekt verdi som er proporsjonal med kvadratroten av gjennomsnittet av kvadratet i kurven, og ikke til gjennomsnittet av den absolutte verdien. For en gitt bølgeform er forholdet mellom disse to gjennomsnittene konstant, og da de fleste målinger er gjort på det som er (nominelt) sinusbølger, antar korreksjonsfaktoren denne bølgeformen; men forvrengning eller forskyvning vil føre til feil. For å oppnå dette krever en ekte RMS-omformer en mer kompleks krets.

Digitale RMS-omformere

Hvis en bølgeform er digitalisert, kan riktig RMS-verdi beregnes direkte. De fleste digitale og PC-baserte oscilloskoper inkluderer en funksjon for å gi RMS-verdien til en bølgeform. Presisjonen og båndbredden til konverteringen er helt avhengig av analog til digital konvertering. I de fleste tilfeller utføres ekte RMS-målinger på repeterende bølgeformer, og under slike forhold er digitale oscilloskoper (og noen få sofistikerte samplingsmultimeter) i stand til å oppnå svært høye båndbredder når de sampler med mye høyere samplingsfrekvens enn signalfrekvensen for å få stroboskop effekt.

Termiske omformere

RMS-verdien til en vekselstrøm er også kjent som dens oppvarmingsverdi , da det er en spenning som tilsvarer likestrømsverdien som ville være nødvendig for å få samme oppvarmingseffekt. For eksempel, hvis 120 V AC RMS påføres et resistivt varmeelement, vil det varme opp med nøyaktig samme mengde som om 120 V DC ble påført.

Dette prinsippet ble utnyttet i tidlige termiske omformere. AC-signalet vil bli påført et lite varmeelement som ble matchet med en termistor , som kan brukes i en DC-målekrets.

Teknikken er ikke veldig presis, men den vil måle hvilken som helst bølgeform ved hvilken som helst frekvens (bortsett fra ekstremt lave frekvenser, der termistorens termiske kapasitans er for liten slik at temperaturen svinger for mye). En stor ulempe er at det er lavimpedans: det vil si at kraften som brukes til å varme opp termistoren kommer fra kretsen som måles. Hvis kretsen som måles kan støtte varmestrømmen, er det mulig å foreta en beregning etter måling for å korrigere effekten, da impedansen til varmeelementet er kjent. Hvis signalet er lite, er det nødvendig med en forforsterker, og instrumentets måleegenskaper vil bli begrenset av denne forforsterkeren. I radiofrekvensarbeid ( RF ) er ikke lav impedans nødvendigvis en ulempe siden 50 ohm kjøre- og avslutningsimpedanser er mye brukt.

Termiske omformere har blitt sjeldne, men brukes fortsatt av radioskinker og hobbyister, som kan fjerne det termiske elementet i et gammelt upålitelig instrument og innlemme det i et moderne design av sin egen konstruksjon. I tillegg bruker RF-kraftmålere ved svært høye frekvenser ( mikrobølgeovn ) fremdeles termiske teknikker for å konvertere RF-energi til en spenning. Termisk baserte effektmålere er normen for millimeterbølge (MMW) RF-arbeid.

Analoge elektroniske omformere

Analoge elektroniske kretser kan bruke:

• en analog multiplikator i en spesifikk konfigurasjon som multipliserer inngangssignalet med seg selv (kvadrerer det), gjennomsnitt resultatet med en kondensator, og beregner deretter kvadratroten til verdien (via en multiplikator / kvadratkrets i tilbakekoblingssløyfen til en operasjonsforsterker ), eller
• en fullbølge presisjon likeretter krets for å skape den absolutte verdien av inngangssignalet, som blir matet inn i en log forsterker , doblet og matet til en eksponensiell forsterker som et middel for å utlede overføringsfunksjonen for kvadrat-lov , og deretter tidsgjennomsnittet og kvadratrot utføres, på samme måte som ovenfor, ${\ displaystyle x ^ {2} = e ^ {2 \ ln {| x |}}}$
• en presisjonsdetektor for logg-domene ( Blackmer RMS-detektor ) beregner også logaritme av absolutt verdien av inngangssignalet, men tidsmidling utføres på logaritmen, i stedet for kvadrat, av inngangen. Output er logaritmisk (desibel skala), med et raskt angrep, men sakte og lineært forfall.
• en felteffekt-transistor kan brukes til å direkte opprette funksjonen for overføring av kvadrat-lov, før tidsgjennomsnitt.

I motsetning til termiske omformere er de underlagt båndbreddebegrensninger, noe som gjør dem uegnet for mest RF- arbeid. Kretsene før gjennomsnittet av tiden er spesielt avgjørende for høyfrekvent ytelse. Den slew rate begrensning til operasjonsforsterkeren brukes til å lage den absolutte verdi (spesielt ved lave inngangssignalnivåer) tendens til å gjøre den andre metoden dårligst ved høye frekvenser, mens den FET metoden kan arbeide nær VHF. Spesialistteknikker kreves for å produsere tilstrekkelig nøyaktige integrerte kretser for komplekse analoge beregninger, og veldig ofte tilbyr målere utstyrt med slike kretser ekte RMS-konvertering som en valgfri ekstra med en betydelig prisøkning.

Referanser

Eksterne linker

• Kretsbeskrivelse av en analog ekte RMS-til-DC-omformer basert på log / antilog- teknikkene.

Litteratur

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