Маркировка True RMS на импортных измерительных приборах
инженер М.Б. Белов
ЗАО «ТЕККНОУ»
На импортных средствах измерений можно встреть аббревиатуру «True RMS» или «TRMS». Причем в анонсах на прибор отмечается, что это является явным преимуществом в точности измерений реальных значений таких электрических величин, как напряжение и силы тока.
Так что же означает эта сокращенная запись, какой ее физический смысл и в каких случаях вычисление этого параметра с помощью соответствующего измерительного прибора дает преимущества при проведении измерений?
Попробуем разобраться в этом вопросе, не перегружая читателя математическими выкладками.
Словосочетание «True RMS» - (True Root Mean Square) – дословный перевод - среднеквадратическое из мгновенных значений переменного тока или напряжения за период или за время измерений.
Это означает, что прибор в процессе измерений предварительно преобразует входной периодический сигнал в постоянный (в виде постоянного тока или напряжения). При этом реализуется математический метод среднеквадратических преобразований.
Основной принцип измерений переменного напряжения или силы тока в цифровых прибора реализуется на предварительном преобразовании переменного сигнала в постоянный, как представлено на рис.1.
После блока аналого-цифрового преобразователя (АЦП) уровень аналогового выходного сигнала измеряется и индицируется на цифровом дисплее, как в приборе постоянного тока. От метода преобразований зависят и формы представления значений напряжений переменного тока:
Среднеквадратическое значение (оно же действительное, эффективное или True RMS).
Средневыпрямленное значение (Mean: average rectified).
Амплитудное значение (оно же пиковое, максимальное).
Шкалы или дисплеи цифровых вольтметров и амперметров переменного тока (кроме импульсных вольтметров) всегда градуируют в среднеквадратических значениях сигнала синусоидальной формы.
Импульсные (амплитудные, максимальные, пиковые) вольтметры градуируют в амплитудных значениях синусоидального сигнала. Функция импульсных измерений (ПИК, МАХ) может также включаться в состав комбинированных приборов – портативных мультиметров.
В практических измерениях напряжения и силы тока промышленной электросети 50 Гц (или специальной сети 400 Гц) применяются цифровые вольтметры и амперметры с преобразователями, реализующие методы среднеквадратических или средневыпрямленных преобразований. Амплитудные (пиковые) преобразователи используются для фиксации значений амплитуды выбросов, скачков напряжения или максимального напряжения за наблюдаемый интервал времени в процессе измерений.
Рассмотрим подробнее три основных типа преобразователей
1. Среднеквадратический (True RMS) - самый совершенный и дорогостоящий метод. Выходное напряжение преобразователя пропорционально среднеквадратическому (действующему, эффективному) значению измеренного напряжения (Uск, Urms). Осуществляется на основе термоэлектрических, диодных, транзисторных или оптронных преобразователей.
В этом случае на активной нагрузке численно равные значения постоянного и переменного тока совершают одинаковую работу.
Для понимания физического смысла измерений напряжения переменного тока в среднеквадратических значениях приведем простой пример: на нагревательном элементе за одинаковый интервал времени должно выделиться одинаковое количество теплоты, если запитать его от сети 220 В 50 Гц, или от сети 220 В пост. тока.
Кроме того, особенностью математического преобразования данного метода является то, что теоретически, он не зависит от формы периодического сигнала на входе преобразователя. Будь-то идеальная синусоидальная форма или сигнал с большими нелинейными искажениями, прямоугольная, треугольная, произвольная и т. п. – не имеет значения. В любом случае совершаемая работа численно равных по величине постоянного и переменного сигналов будет одинаковая.
В практических измерениях из-за ограниченных свойств элементной базы степень отличия от синусоидальной формы ограничивается коэффициентом амплитуды и максимальным значением напряжения на входе прибора. Допускаемый коэффициент амплитуды обязательно указывается в сопроводительной документации на измерительный прибор.
Недостатки
Низкая чувствительность (нижний предел, как правило, не ниже 1 В).
Большая инерционность, влияющая на быстродействие измерений.
Квадратичное построение числовой шкалы.
Низкая электрическая прочность.
Повышенная стоимость прибора.
Для устранения этих недостатков используются входные усилители, специальные методы линеаризации шкалы, отрицательную обратную связь и др., что приводит к удорожанию прибора.
Преимущества
Повышенная достоверность измерений.
Погрешность измерений не зависит от нелинейных искажений и формы сигнала.
Показания значений переменного тока и напряжения полностью эквивалентны постоянному, численно равны и не требуют внесения дополнительных коэффициентов преобразования.
Рекомендации по применению
Для профессиональных измерений в цепях переменного тока.
Проведение калибровки и поверки средств измерений.
Ответственные технические измерения с протоколированием результатов.
Нормированный контроль технических параметров изделий в процессе производства.
Для пуско-наладочных работ при запуске/переоборудовании производства.
