PRZYRZĄDY Z CYFROWĄ DUSZĄ
Pomiary sygnałów zmiennych za pomocą mutimetrów z funkcją True RMS
Praktycznie wszystkie multimetry cyfrowe dostępne na rynku umożliwiają pomiary napięć i prądów zmiennych (AC). Jednak nie wszystkie przyrządy realizują pomiar rzeczywistej wartości skutecznej określanej jako True RMS. Multimetry które nie są wyposażone w przetwornik True RMS wykonują pomiar wartości skutecznej sygnału poprzez uśrednianie sygnału wyprostowanego, a następnie przeskalowanie go do wartości skutecznej zgodnie z zależnością (1):
Bez względu na kształt sygnału wejściowego wartość współczynnika kształtu przyjmowana do wyznaczenia wartości skutecznej wynosi 1,11 i odpowiada współczynnikowi kształtu sinusoidy. Oznacza to, że pomiar wartości skutecznej wykonywany jest z największą dokładnością jedynie dla przebiegu sinusoidalnego.
Dla innych sygnałów zmiennych pomiar będzie bardzo niedokładny ze względu na różne wartości współczynników kształtu kF. Dla przykładu przebieg prostokątny o wypełnieniu 50% będzie obarczony błędem 11% ponieważ kF =1,00.
Wynika z tego, że w praktyce można prawidłowo i precyzyjnie mierzyć sygnały napięcia przemiennego o kształcie sinusoidalnym. Przyrządy bez funkcji True RMS będą przydatne jedynie do pomiaru napięcia sieciowego, które jest zazwyczaj sinusoidalny. Pomiar prądu sieciowego takim przyrządem może być niedokładny, ponieważ prąd w odbiornikach zasilanych sieciowo nie jest zawsze sinusoidalny i nie musi taki być.
Dokładny pomiar wartości skutecznej dowolnych sygnałów zmiennych, niesinusoidalnych prądu i napięcia wymaga zastosowania multimetru True RMS, który realizuje pomiar zgodny z definicją.
Głównym ograniczeniem zastosowania multimetrów True RMS jest szybkość zmian sygnałów wyrażana poprzez:
- częstotliwość graniczną,
- szybkość narastania sygnału
- lub szerokość pasma częstotliwościowego sygnału.
Istnieje wiele praktycznych przypadków, w których uzasadnione, a wręcz konieczne jest stosowanie przyrządów z funkcją True RMS, ponieważ mamy do czynienia z sygnałami zmiennymi, niesinusoidalnymi.
W elektronice pojawiają się często sygnały okresowe prostokątne, trójkątne, piłokształtne oraz niesinusoidalne i różnorodnie zmodulowane, których wartość skuteczną można zmierzyć dokładnie tylko multimetrem True RMS.
Bardzo często prąd sieciowy płynący w obwodzie obciążenia jest odkształcony i niesinusoidalny ze względu na nieliniową charakterystykę odbiorników (np. żarówki).
W układach zasilania napięciem stałym bardzo popularne jest sterowanie mocą za pomocą modulatorów szerokości impulsów PWM (np. sterowanie prędkością wentylatorów chłodzących w komputerach, zasilaczach). W takim przypadku przebieg prądu obciążenia i napięcia zasilającego jest impulsowy i może być prostokątny lub dowolnie odkształcony, przez co pomiar wartości skutecznej jest możliwy za pomocą multimetru True RMS.
Podobnie problem pomiarowy jest w układach zasilania sinusoidalnym napięciem zmiennym, w których stosuje się sterowanie za pomocą trystorów lub triaków (np. ściemniacze oświetlenia). Prąd obciążenia płynie tylko w krótkich przedziałach czasu, ponieważ napięcie zasilające załączane jest tylko przez część sinusoidy sieciowej.
Kolejnym bardzo znamiennym przypadkiem jest pomiar wartości skutecznej prądu pobieranego przez zasilacze impulsowe DC, powszechnie stosowane w komputerach, monitorach, ładowarkach i wielu innych urządzeniach RTV oraz AGD. Przebieg prądu obciążenia jest okresowy, jednak ma charakter impulsowy o dużej szybkości narastania i krótkim czasie trwania. Oznacza to, że większość współczesnych urządzeń pobiera prąd, którego wartość skuteczną można dokładnie pomierzyć tylko i wyłącznie za pomocą multimetrów True RMS.
Multimetry z funkcją True RMS można również wykorzystać w prosty sposób do wyznaczenia mocy czynnej odbiornika, jeżeli ma on charakter rezystancyjny. Wystarczy zmierzyć dokładną wartość skuteczną napięcia na obciążeniu VRMS oraz prądu IRMS płynącego przez to obciążenie i następnie wymnożyć wyniki pomiarów. Tak więc precyzyjny pomiar napięcia zasilającego i prądu obciążenia z zastosowaniem multimetrów TRUE RMS umożliwia również dokładne określenie mocy czynnej odbiorników w układach zasilania impulsowego oraz przemiennego.
Podsumowując, multimetry z wbudowanym przetwornikiem True RMS zapewniają dokładny pomiar większości sygnałów zmiennych prądu i napięcia spotykanych w praktyce. Znacząco zwiększona funkcjonalność i dokładność pomiarowa multimetrów z funkcją True RMS uzasadnia nieco większy koszt takich przyrządów pomiarowych. Dlatego też multimetry te są dedykowane wszystkim, którzy potrzebują funkcjonalnego i dokładnego multimetru dla szerokiego spektrum zastosowań.