Conversor True RMS - True RMS converter

Distorção de uma forma de onda

Multímetro True RMS

Para a medição de uma corrente alternada, o sinal é frequentemente convertido em uma corrente contínua de valor equivalente, a raiz quadrada média (RMS). A instrumentação simples e os conversores de sinal realizam essa conversão filtrando o sinal em um valor retificado médio e aplicando um fator de correção. O valor do fator de correção aplicado só está correto se o sinal de entrada for senoidal .

True RMS fornece um valor mais correto que é proporcional à raiz quadrada da média do quadrado da curva, e não à média do valor absoluto. Para qualquer forma de onda , a razão dessas duas médias é constante e, como a maioria das medições são feitas no que são (nominalmente) ondas sinusoidais, o fator de correção assume esta forma de onda; mas qualquer distorção ou deslocamento levará a erros. Para conseguir isso, um verdadeiro conversor RMS requer um circuito mais complexo.

Conversores RMS digitais

Se uma forma de onda foi digitalizada, o valor RMS correto pode ser calculado diretamente. A maioria dos osciloscópios digitais e baseados em PC incluem uma função para fornecer o valor RMS de uma forma de onda. A precisão e a largura de banda da conversão dependem inteiramente da conversão analógica para digital. Na maioria dos casos, as medições RMS verdadeiras são feitas em formas de onda repetitivas e, sob tais condições, osciloscópios digitais (e alguns multímetros de amostragem sofisticados) são capazes de atingir larguras de banda muito altas, pois eles amostram em uma frequência de amostragem muito mais alta do que a frequência do sinal para obter um efeito.

Conversores térmicos

O valor RMS de uma corrente alternada também é conhecido como valor de aquecimento , pois é uma tensão equivalente ao valor da corrente contínua que seria necessária para obter o mesmo efeito de aquecimento. Por exemplo, se 120 V AC RMS for aplicado a um elemento de aquecimento resistivo , ele aqueceria exatamente na mesma quantidade de 120 V DC.

Este princípio foi explorado nos primeiros conversores térmicos. O sinal AC seria aplicado a um pequeno elemento de aquecimento que combinava com um termistor , que poderia ser usado em um circuito de medição DC.

A técnica não é muito precisa, mas medirá qualquer forma de onda em qualquer frequência (exceto para frequências extremamente baixas, onde a capacitância térmica do termistor é muito pequena, de modo que sua temperatura está flutuando muito). Uma grande desvantagem é que ele é de baixa impedância: ou seja, a energia usada para aquecer o termistor vem do circuito que está sendo medido. Se o circuito que está sendo medido pode suportar a corrente de aquecimento, então é possível fazer um cálculo pós-medição para corrigir o efeito, pois a impedância do elemento de aquecimento é conhecida. Se o sinal for pequeno, será necessário um pré-amplificador e as capacidades de medição do instrumento serão limitadas por este pré-amplificador. No trabalho de radiofrequência ( RF ), a baixa impedância não é necessariamente uma desvantagem, pois as impedâncias de condução e terminação de 50 ohm são amplamente utilizadas.

Conversores térmicos tornaram-se raros, mas ainda são usados ​​por radioamadores e amadores, que podem remover o elemento térmico de um antigo instrumento não confiável e incorporá-lo em um design moderno de sua própria construção. Além disso, em frequências muito altas ( micro-ondas ), os medidores de potência de RF ainda usam técnicas térmicas para converter a energia de RF em voltagem. Medidores de energia com base térmica são a norma para o trabalho de RF de ondas milimétricas (MMW) .

Conversores eletrônicos analógicos

Os circuitos eletrônicos analógicos podem usar:

• um multiplicador analógico em uma configuração específica que multiplica o sinal de entrada por si mesmo (o eleva ao quadrado), calcula a média do resultado com um capacitor e, em seguida, calcula a raiz quadrada do valor (por meio de um circuito multiplicador / quadrado no circuito de feedback de um amplificador operacional ), ou
• um circuito retificador de precisão de onda completa para criar o valor absoluto do sinal de entrada, que é alimentado em um amplificador de log , dobrado e alimentado em um amplificador exponencial como um meio de derivar a função de transferência de lei quadrada e, em seguida, a média de tempo e a raiz quadrada é realizada, da mesma forma que acima, ${\ displaystyle x ^ {2} = e ^ {2 \ ln {| x |}}}$
• um detector de precisão de domínio de log (detector Blackmer RMS ) também calcula o logaritmo do valor absoluto do sinal de entrada, no entanto, a média de tempo é realizada no logaritmo, ao invés do quadrado, da entrada. A saída é logarítmica (escala de decibéis), com um ataque rápido, mas decadência lenta e linear.
• um transistor de efeito de campo pode ser usado para criar diretamente a função de transferência quadrática, antes da média de tempo.

Ao contrário dos conversores térmicos, eles estão sujeitos a limitações de largura de banda, o que os torna inadequados para a maioria dos trabalhos de RF . O circuito antes da média de tempo é particularmente crucial para o desempenho de alta frequência. A limitação da taxa de variação do amplificador operacional usado para criar o valor absoluto (especialmente em níveis de sinal de entrada baixos) tende a tornar o segundo método o mais pobre em altas frequências, enquanto o método FET pode funcionar próximo a VHF. Técnicas especializadas são necessárias para produzir circuitos integrados suficientemente precisos para cálculos analógicos complexos e, muitas vezes, medidores equipados com tais circuitos oferecem conversão RMS real como um extra opcional com um aumento significativo de preço.

Referências

links externos

• Descrição do circuito de um conversor analógico RMS-para-DC verdadeiro com base nas técnicas de log / antilog .

Literatura

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