Измерение действующего значения

Важнейшим параметром переменного тока и переменного напряжения является их действующее (эффективное) значение, характеризующее энергетическое действие этих физических величин. В распространенных комбинированных и электронных измерительных приборах для измерения переменного тока или напряжения синусоидальной формы их вначале выпрямляют, а затем измеряют среднее значение результата. Поскольку для синусоидального переменного тока действующее значение превосходит средневыпрямленное в 1.11 раз, эти приборы градуируют с соответствующим масштабом. Измерение же несинусоидальных токов и напряжений такими приборами дает большую погрешность. В таблице приведено сравнение действующих и средневыпрямленных значений для различных форм колебаний.

Сравнение действующих и средневыпрямленных значений напряжений

Во всех этих формулах v(t) представляет текущее значение напряжения. Для измерения действующего значения можно использовать последнюю формулу либо воспользоваться измерением мощности. Точное следование последней формуле (прямое измерение) приведет к малому динамическому диапазону. Действительно, если для возведения сигнала в квадрат применить микросхему перемножителя с выходом 10 В, например AD734, то при входном напряжении 10 мВ получим выходное напряжение 10 мкВ, что соизмеримо с шумами микросхемы. Фактически преобразование сигнала с динамическим диапазоном в 60 дБ требует внутренних схем измерителя действующего значения с динамическим диапазоном 120 дБ.

Лучшие результаты дает косвенный метод, при котором операция извлечения корня на выходе заменяется делением на входе. Для этого используется один множитель/делитель (например, тот же AD734) и фильтр нижних частот (см. рисунок).

Схема преобразования действующего значения в постоянный ток

Считая, что ФНЧ выполняет операцию усреднения, т. е. идеально сглаживает пульсации напряжения на выходе множителя/делителя, запишем

Но в соответствии со схемой

Подставив последнее в первое выражение, получим

Откуда имеем

Промышленность выпускает однокристальные преобразователи действующего значения с ФНЧ, например, AD636, AD637 и ряд других. Функциональная схема ИМС AD636 приведена на рисунке.

Применение на входе двухполупериодного прецизионного выпрямителя позволяет упростить схему квадратора/делителя (он выполнен одноквадрантным). Токовое зеркало принимает выходной ток квадратора/делителя и возвращает его квадратору/делителю сглаженным с помощью конденсатора С _AV Преобразователь имеет погрешность не более 0.5% в полосе частот до 1 МГц при коэффициенте формы входного сигнала до 2. Коэффициент формы, равный 6, дает дополнительную погрешность преобразования 0.5%.

Дата добавления: 2015-05-10