Hur fungerar multimeter AC-mätning?
On februari 18, 2021 by adminHur mäter en digital multimeter växelspänning? Min gissning skulle vara att växelspänningen korrigeras och filtreras till en likspänning som sedan mäts, vilket ger växelspänningen för växelströmssignalen. Är jag korrekt?
En uppföljningsfråga: Jag minns att jag läste någonstans att multimetrar inte så bra kan ge exakta växelströmsmätningar om signalen inte är en sinusformad utan till exempel en fyrkantig våg. Är detta sant? Om så är fallet, varför är det här? Om växelströmsmätning fungerar genom att rättas till likström som jag antar, borde de inte mäta andra typer av vågformer lika bra?
Kommentarer
- Se om mitt svar på Genomsnittligt värde för ström eller spänning hjälper.
- Innan digital, D ' Arsonval-mätarens rörelse skulle effektivt genomsnittliggöra de korrigerade spänningssvängningarna. Billiga digitala multimetrar rättar förmodligen också ingången och försöker hitta toppvärdet från vilket de kan träna på digitalt sätt samma sak. överlinje {V} = \ frac {1} {\ pi} \ int_0 ^ {\ pi} \, V_ \ text {PK} \ operatornamn {sin} \ vänster (\ theta \ höger) \, \ text {d} \ theta = \ frac {2} {\ pi} V_ \ text {PK} \ ca 0,637 \ cdot V_ \ text {PK} \ $. Andra vågformer skulle ha olika resultat av den integralen och därför skulle sådana mätare ha olika inneboende fel i deras mätning.
Svar
Först kommer jag att notera ett felaktigt antagande: AC-meter visa inte toppspänning utan snarare RMS-spänning. Detta är en typ av ”genomsnittlig” spänning som får all matematik att fungera.
För att svara på frågan:
Det finns två huvudmetoder för att göra AC-mätning: billigt sätt och det exakta sättet.
Det billiga sättet är verkligen hur du misstänker: rätta till det och mäta topparna och dela sedan med √2 för att få RMS. Detta fungerar bara för sinusoider, eftersom faktorn √2 implicit antog en sinusformad signal.
Det exakta sättet använder det som kallas en ”sann RMS-omvandlare”, vilket är en krets (analog i äldre sann RMS meter, förmodligen digitala i moderna men citerar mig inte det) som faktiskt beräknar RMS-spänningen med lämpliga signalbehandlingstekniker.
Kommentarer
- Om min multimeter använder det billiga sättet, kan jag då mäta toppspänningar för icke-sinusoider genom att bara multiplicera utmatningsavläsningen av MM med kvadratroten på 2?
- @ S.Rotos Ja, och nej. Du måste multiplicera med en korrigeringsfaktor som är beroende av den specifika typen av icke-sinusformad vågform du mäter. \ $ \ sqrt {2} \ $ är den faktor som binder toppen av en sinus till RMS för en sinus. Du behöver andra faktorer om du vill binda RMS för en sinusoid till toppen av en icke-sinusoid.
- Det ' är inte \ $ \ frac { 1} {\ sqrt {2}} V_ \ text {peak} \ $ men i stället \ $ \ frac {2} {\ pi} V_ \ text {peak} \ $ för medelvärdesberäkning av meter som antar en rättad sinus.
- @jonk Jag kanske bara är trött, men är inte ' t \ $ V_ {rms} = \ frac {V_ {pk}} {\ sqrt {2}} \ $?
- @Hearth Jag tror att du behöver mer sömn.
Svar
Billigt meter mäter det genomsnittliga korrigerade värdet och jimmar sedan upp avläsningen (modifierar kalibreringen – förstärkning kontra ADC-referensspänning – så att den läser högre än den faktiska uppmätta spänningen) med ~ + 11,1% för att korrekt läsa RMS för en ren sinusvåg. De läser felaktigt RMS-värde för någon annan vågform än en sinusvåg (vanligtvis är de också AC-kopplade, så alla DC-komponenter ignoreras). En fyrkantig våg tenderar att visas för högt eftersom medelvärdet är lika med RMS.
För en sinusvåg med toppspänning Vp:
Genomsnittet över en halv cykel är 2Vp / \ $ \ pi \ $ = 0.6366 Vp
RMS är Vp / \ $ \ sqrt {2} \ $ = 0,707107 Vps
Förhållandet är \ $ \ pi \ över 2 \ sqrt {2} \ $ \ $ \ approx \ $ 1.11072
Dyrare mätare försöker mäta RMS-värdet (kvadratroten av medelvärdet av den fyrkantiga spänningen). Vanligtvis är det gjort med ett analogt chip och det kommer bara att hantera ett visst område av toppfaktor (förhållande mellan topp och RMS) och bandbredd utan att förlora mycket noggrannhet.
Kommentarer
- Kan du snälla förtydliga " jimmy " för våra läsare? Jag ' M från Mellanvästern i USA och jag visste vad du menade, men det låter som en talesätt.
- @ElliotAlderson gjort. Jag försöker hålla fast vid dessa samtal. 8 -)
Svar
Om växelströmsmätning fungerar genom korrigering till DC som jag anta, borde de inte mäta andra typer av vågformer lika bra?
Oavsett om mätningen baseras på toppvärde eller medelnivån för den korrigerade vågformen, kasserar du information i dessa processer. RMS-värdet är relaterat till effekt, så det beror på det kvadratiska värdet på spänningen vid varje ögonblick. Denna kvadrering kan utföras digitalt eller med analoga kretsar och måste senare beräknas.
Också viktigt: när du bara väljer ”AC” tar multimeter bort alla likströmskomponenter i signalen före rättelse. Först då tar det topp- eller medelvärdet om det inte är en True-RMS-enhet.
Tänk vad som kommer att hända med en fyrkantig våg, ett meddelande om att du måste veta hur din enhet fungerar för att konvertera värdet av icke sinusformade signaler.
Lämna ett svar