Jak změřit efektivní hodnotu zvlněného napětí ?

Zpráva

Demarcus · #1 Příspěvek od **Demarcus** » 23 úno 2018, 17:53

Zdravím všechny místní odborníky

. Ve škole provádíme měření na usměrňovačích. Dotaz zde vkládám proto že si nejsem jistý správností měřicího postupu a tak prosím o radu někoho zkušenějšího. Berte prosím na vědomí že jsem začátečník

. Schéma zapojení pro toto měření je následující: Síťový transformátor, na výstupu cca 9V (50 Hz). Na sekundáru tohoto trafa je tedy zapojena dioda (jednocestný usměrňovač) s diodou v sérii je pak zatěžovací rezistor (reostat). Paralelně k zatěžovacímu rezistoru je zapojen vyhlazovací kondenzátor který je do obvodu v případě potřeby zařazován přepínačem v sérii. Podle stanoveného postupu bychom paralelně k zatěžovacímu rezistoru měli zapojit dva voltmetry.
Voltmetr V1 by měl ukazovat stejnosměrnou hodnotu pulzního průběhu za usměrňovačem (v obvodu bez vyhlazovacího kondenzátoru). Voltmetr V2 by měl ukazovat efektivní hodnotu zvlněného napětí (po zapojení kondenzátoru do obvodu).

Jako voltmetry V1 a V2 jsme použili obyčejné multimetry (nejsou TRMS).
Otázka tedy zní:

1) Mohu skutečně změřit efektivní hodnotu zvlněného
napětí (usměrnění a částečné vyhlazení
kondenzátorem) tím způsobem že paralelně k
reostatu připojím multimetr a navolím zde rozsah pro
měření střídavého napětí ? ( Použitý přístroj přeci není
TRMS a signál nemá sinusový průběh. Signál přeci není
střídavý, nemění polaritu v čase.)

2) Pokud zapojím paralelně k reostatu (bez zapojeného
filtračního kondenzátoru) voltmetr V1 na kterém
nastavím rozsah pro měření stejnosměrné napětí, bude
údaj přístroje správný(stejnosměrná hodnota napětí) ?
(průběh signálu po usměrnění je sice stejnosměrný ale
pulzní, nikoliv konstantní)

3) V případě že bych pro měření těchto napětí použil
analogový osciloskop jakým způsobem bych se dobral k
požadovaným hodnotám ? (k zjištění ss hodnoty
pulzního napětí za usměrňovačem (bez kondenzátoru)
by stačilo odečíst ze stínítka osciloskopu maximální
hodnotu a tu následně přepočítat na efektivní
(stejnosměrnou hodnotu)? V případě že bych tímto
způsobem chtěl zjistit efektivní hodnotu zvlněného
napětí (po zapojení kondenzátoru) by předpokládám
nastala chyba při výpočtu jelikož onen vzorec pro
přepočet napětí z maximální hodnoty na efektivní platí
jen pro sinusový průběh který zde už není ?).

#2 Příspěvek od **Bernard** » 23 úno 2018, 21:12

ad 1) Multimetr se musí přepnout na stejnosměrný rozsah. Takto ukáže jen střední hodnotu. Pokud není zvlnění po vyhlazení moc velké, tak se střední a efektivní hodnota moc neliší, ale bez vyhlazení (pulzy) se liší moc. Vidíš to i na simulaci dole.

ad 2) Ano, ukazuje se střední (= stejnosměrná) hodnota.

ad 3) Jesli uvažuješ ty nevyhlazené pulzy na obrazovce za polovičky sínusovky, tak zjistíš amplitudu Umax a potom:
- střední hodnota té polovičky je Umax*2/π
- střední hodnota celého průběhu je poloviční, Umax/π
- efektivní hodnota té polovičky je Umax/√2
- efektivní hodnota celého průběhu je dělená odmocninou z 2, tedy Umax/2
U toho vyhlazeného průběhu bys mohl udělat jeho náhradu pilovým průběhem, udělat z něho druhou mocninu, vypočítat střední hodnotu toho umocněného průběhu a výsledek odmocnit. To přibližně bude efektivní hodnota.

BOBOBO · #3 Příspěvek od **BOBOBO** » 23 úno 2018, 23:33

Za V2 zapoj tak 50(80) let starý system . Byla to kapsle , podle mne s termočlenem a termočlánkem , taková černá olivka uvnitř měřáku . Ta i bez počítačů převedla "nerozumné" průběhy na efektivní .

#4 Příspěvek od **Hill** » 24 úno 2018, 08:33

Nejen ta kapsle.
Před lety jsme měřili efektivní hodnotu proudu (a po vylepšení vstupu zesilovačem proudu i efektivní hodnotu napětí) pomocí termokříže, vakuové elektronky, v níž měřicí vlákno ohřívalo termistor. Odpor termistoru se změřil, pak se místo měřeného průběhl přivedl proud stejnosměrný a jeho velikostí se srovnala teplota termistoru na stejnou. Velikost ss proudu číselně odpovídá efektivní hodnotě toho zvlněného nebo střídavého.
Třeba ta baňka ještě někde bude k sehnání, vyskytovala se totiž v ruských vojenských souborech nosné telefonie P310 (na jakési automatické řízení náklonu přenosové charakteristiky) a nejspíše i dalších. Jestli si někdo vzpomenete na označení, tím líp. Ono se kdysi podobných termokřížů vyrábělo víc, takže se občas někdo najde, kdo s tím přijde na burzu.
Výhodou byla značná frekvenční nezávislost a dlouhodobá stabilita, nevýhodou rozměry, malá odolnost proti přetížení a velká chyba měření, pokud nebyla citlivost bočníkem či předřadníkem zmenšená alespoň 20x - odpor žhavicího vlákna se s proudem mění. Lepší bylo zapojit žhavicí vlákno do podélné větve záporné zpětné vazby zesilovače, vlastně tak stvořit napětím řízený zdroj konstantního proudu, a měřicí rozsah přepínat před tímto zesilovačem.

danhard · #5 Příspěvek od **danhard** » 24 úno 2018, 08:39

Ten černej buřtík byl kuproxový usměrňovač, měřilo to víceméně střední hodnotu a cejchováno to bylo v hodnotě efektivní.
Systém byl lineární magnetoelektrický, čili Deprézský.
Stupnice byla kvůli usměrňovači na začátku zhustěná.
http://sroll.net/ok1srd/technika/avomet.htm

Magnetoelektrické přístroje s termočlánkem existují, meří efektivní hodnotu a stupnice je kvadratická.
Jsou nepřesné, málo citlivé a málo odolné proti přetížení.
Umí ale měřit vf proudy.
http://nd06.jxs.cz/881/354/70799e91a5_98468681_o2.jpg

Naopak přístroje elektromagnetické, měří přímo efektivní hodnotu, stupnice je ale nelineární, i po linearizaci tvarem magnetických nástavců má potlačený začátek.

#6 Příspěvek od **teufel** » 24 úno 2018, 09:49

Pro měření efektivní hodnoty jsem kdysi dávno používal žárovku s fotorezistorem. Pak jsem na žárovku přivedl stejnosměrné napětí a nastavil stejný odpor. Odpor fotorezistoru je ale silně závislý i na teplotě - fotorezistor nesmí být moc blízko u žárovky. Dneska by bylo lepší použít fotodiodu. Žárovka stačí úplně malá na 50 mA, pozor má také malou setrvačnost vlákna.

serviceman · #7 Příspěvek od **serviceman** » 24 úno 2018, 10:44

Ono docela dobře stačí, co se týká efektivní hodnoty, dát dvě žárovky vedle sebe a okem srovnávat jas.
Tazatel ale mluví o multimetrech.

#8 Příspěvek od **Hill** » 24 úno 2018, 11:25

K těm výsledkům naměřeným multimetry, které neumí TRUE RMS, přece napsal už vše podstatné Bernard.
Dodám jen někdy podstatnou, někdy nedůležitou, informaci, a to, že stejné zvlněné napětí může několik různých multimetrů zobrazit každý jinak, protože nemají stejnou frekvenci vzorkování a "trefují se" do různých okamžitých hodnot napětí. A i to ještě závisí na výrobcem použité metodě převodu A/D v tom multimetru. Kontinuální měření ručkovým přístrojem je tu mnohem lepší.

#9 Příspěvek od **PavelFF** » 24 úno 2018, 14:39

Ani běžné multimetry s TRUE RMS nebudou nejspíš umět změřit efektivní hodnotu stejnosměrného napětí se zvlněním. Ony umějí měřit jen čistě střídavé průběhy bez stejnosměrné složky. Alespoň můj multimetr to tak má.
Umí měřit střední hodnotu usměrněného průběhu a efektivní hodnotu toho zvlnění. Ale neumí to dohromady.
Může se vůbec u stejnosměrného napětí mluvit o efektivní hodnotě?

Zapojil jsem si cvičný obvod jednocestného usměrňovače se zátěží asi 15k//3,3uF a napájel z asi 163V/50Hz. Velikost zvlnění (amplituda ) je asi 55-60V (podle osciloskopu, sonda 1:10).
Efektivní hodnota zvlnění je asi 21V.
Střední hodnota usměrněného napětí je asi 193V. Obojí podle údaje multimetru.
Ručkový měřák ukázal efektivní hodnotu asi 200V.

Shrnuto: Ručkový měřák umí efektivní hodnotu stejnosměrného průběhu, ale dig. multimetr ne(?).

Nevím, jestli se dá z údajů multimetru (střední hodnota a efektivní hodnota ze zvlnění) nějak dopočítat celková efektivní hodnota - to je otázka na Bernarda.

Napájecí napětí ze sítě mírně lítalo, a fotky nebyly pořízeny v jeden okamžik.

Demarcus · #10 Příspěvek od **Demarcus** » 24 úno 2018, 17:01

Hill píše:K těm výsledkům naměřeným multimetry, které neumí TRUE RMS, přece napsal už vše podstatné Bernard.
Dodám jen někdy podstatnou, někdy nedůležitou, informaci, a to, že stejné zvlněné napětí může několik různých multimetrů zobrazit každý jinak, protože nemají stejnou frekvenci vzorkování a "trefují se" do různých okamžitých hodnot napětí. A i to ještě závisí na výrobcem použité metodě převodu A/D v tom multimetru. Kontinuální měření ručkovým přístrojem je tu mnohem lepší.

V případě měření stejnosměrného signálu to znamená že "jistotu" správnosti údaje přístroje mám jen v případě že má signál konstantní průběh (za předpokladu použití číslicového přístroje) ?

P.S.: Děkuji vám všem za vaše odpovědi a především Bernardovi za jeho konstruktivní odpověď

Demarcus · #11 Příspěvek od **Demarcus** » 24 úno 2018, 17:09

Bernard píše:ad 1) Multimetr se musí přepnout na stejnosměrný rozsah. Takto ukáže jen střední hodnotu. Pokud není zvlnění po vyhlazení moc velké, tak se střední a efektivní hodnota moc neliší, ale bez vyhlazení (pulzy) se liší moc. Vidíš to i na simulaci dole.

V případě takového postupu bych však získal střední hodnotu celého signálu a nikoliv střední hodnotu zvlnění kterou potřebuji.? (možná jsem svou původní otázku špatně formuloval)

#12 Příspěvek od **Bernard** » 24 úno 2018, 17:57

PavelFF píše:...Nevím, jestli se dá z údajů multimetru (střední hodnota a efektivní hodnota ze zvlnění) nějak dopočítat celková efektivní hodnota.

Asi se dá. Když je průběh vytvořen superpozicí střední hodnoty U₀ se zvlněním u(t), tedy U₀+u(t), jeho efektivní hodnota bude
Ue² = 1/T*(∫(U₀+u(t))²dt) = 1/T*(∫(U₀² + 2·U₀·u(t) + u(t))²dt) ;
Integruje se v mezích 0 a T, a výraz se rozpadne na tři integrály:
> ∫U₀²dt = U₀²T, protože U₀ je konstanta;
> ∫2·U₀·u(t)·dt = 0, protože střední hodnota zvlnění (měřeno na AC) je nulová;
> 1/T·∫u(t)²dt = Uzvl; efektivní hodnota samotného zvlnění.
Takže výsledek:
Ue = √(U₀² + Uzvl²) ;

Demarcus píše:V případě takového postupu bych však získal střední hodnotu celého signálu a nikoliv střední hodnotu zvlnění kterou potřebuji.?

Střední hodnota jen zvlnění bude asi nulová.

#13 Příspěvek od **Hill** » 24 úno 2018, 18:18

Demarcus píše:V případě měření stejnosměrného signálu to znamená že "jistotu" správnosti údaje přístroje mám jen v případě že má signál konstantní průběh (za předpokladu použití číslicového přístroje) ?

Konstantní průběh nestačí, důležité je, aby měřidlo vzorkovalo frekvencí značně se lišící od frekvence zvlnění. Bude-li vzorkování pomalejší, bude se naměřený údaj s každým vzorkem měnit, ale většinou budou naměřené údaje čitelné.
Při vzorkovací frekvenci vyšší pak bude záležet na tom, jestli měřidlo průměruje pro zobrazení více vzorků za časovou jednotku, nebo zobrazí rovnou každou. V tom případě by údaj na posledních místech moc čitelný nebyl, protože by se těsně po sobě zobrazovala spousta různých hodnot.
Ručkové měřidlo tyto hodnoty průměruje celkem úspěšně v důsledku konečné strvačnosti a tlumení systému.

danhard · #14 Příspěvek od **danhard** » 24 úno 2018, 18:19

Stačí oddělit kondenzátorem a budeš měřit jen zvlnění.

Efektivní hodnota napětí není nijak zajimavá, stačí zvlnění peek-peek na osciloskopu.
Zajimavá je efektivní hodnota proudu, tu musí dobře snášet filtrační kond.
Nebo efektivní hodnota sekundárního proudu, ta ohřívá vinutí transformátoru.

#15 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 24 úno 2018, 19:18

@PavelFF: Třeba ten často pomlouvanej "obyčejnej" čínskej UT804 má přepínač, a dá se zvolit, jestli měřit AC nebo AC+DC RMS. Ovšem jak to funguje a do jakýho kmitočtu nevím.