Para la medición de una corriente alterna, la señal a menudo se convierte en una corriente continua de valor equivalente, la raíz cuadrada media (RMS). La instrumentación simple y los convertidores de señal realizan esta conversión filtrando la señal en un valor rectificado promedio y aplicando un factor de corrección. El valor del factor de corrección aplicado solo es correcto si la señal de entrada es sinusoidal .
True RMS proporciona un valor más correcto que es proporcional a la raíz cuadrada del promedio del cuadrado de la curva y no al promedio del valor absoluto. Para cualquier forma de onda dada , la relación de estos dos promedios es constante y, como la mayoría de las mediciones se realizan en lo que son (nominalmente) ondas sinusoidales, el factor de corrección asume esta forma de onda; pero cualquier distorsión o compensación dará lugar a errores. Para lograr esto, un verdadero convertidor RMS requiere un circuito más complejo.
Convertidores digitales RMS
Si se ha digitalizado una forma de onda, se puede calcular directamente el valor RMS correcto. La mayoría de los osciloscopios digitales y basados en PC incluyen una función para dar el valor RMS de una forma de onda. La precisión y el ancho de banda de la conversión dependen completamente de la conversión de analógico a digital. En la mayoría de los casos, las mediciones RMS verdaderas se realizan en formas de onda repetitivas, y en tales condiciones, los osciloscopios digitales (y algunos multímetros de muestreo sofisticados) pueden lograr anchos de banda muy altos ya que muestrean a una frecuencia de muestreo mucho más alta que la frecuencia de la señal para obtener un estroboscópico. efecto.
Convertidores térmicos
El valor RMS de una corriente alterna también se conoce como su valor calorífico , ya que es un voltaje que es equivalente al valor de la corriente continua que se requeriría para obtener el mismo efecto calorífico. Por ejemplo, si se aplican 120 V CA RMS a un elemento calefactor resistivo , se calentaría exactamente en la misma cantidad que si se aplicaran 120 V CC.
Este principio se aprovechó en los primeros convertidores térmicos. La señal de CA se aplicaría a un pequeño elemento calefactor que se emparejó con un termistor , que podría usarse en un circuito de medición de CC.
La técnica no es muy precisa, pero medirá cualquier forma de onda a cualquier frecuencia (excepto en las frecuencias extremadamente bajas, donde la capacitancia térmica del termistor es demasiado pequeña y su temperatura fluctúa demasiado). Un gran inconveniente es que es de baja impedancia: es decir, la potencia utilizada para calentar el termistor proviene del circuito que se está midiendo. Si el circuito que se mide puede soportar la corriente de calentamiento, entonces es posible realizar un cálculo posterior a la medición para corregir el efecto, ya que se conoce la impedancia del elemento de calentamiento. Si la señal es pequeña, entonces es necesario un preamplificador y las capacidades de medición del instrumento estarán limitadas por este preamplificador. En el trabajo de radiofrecuencia ( RF ), la baja impedancia no es necesariamente un inconveniente, ya que se utilizan ampliamente impedancias de excitación y terminación de 50 ohmios.
Los convertidores térmicos se han vuelto raros, pero todavía los utilizan radioaficionados y aficionados, que pueden quitar el elemento térmico de un instrumento antiguo y poco confiable e incorporarlo en un diseño moderno de su propia construcción. Además, a frecuencias muy altas ( microondas ), los medidores de potencia de RF todavía utilizan técnicas térmicas para convertir la energía de RF en voltaje. Los medidores de potencia térmicos son la norma para el trabajo de RF de ondas milimétricas (MMW) .
Convertidores electrónicos analógicos
Los circuitos electrónicos analógicos pueden utilizar:
- un multiplicador analógico en una configuración específica que multiplica la señal de entrada por sí misma (la cuadra), promedia el resultado con un capacitor y luego calcula la raíz cuadrada del valor (a través de un circuito multiplicador / cuadrado en el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional ), o
- un circuito rectificador de precisión de onda completa para crear el valor absoluto de la señal de entrada, que se alimenta a un amplificador logarítmico , se duplica y se alimenta a un amplificador exponencial como un medio para derivar la función de transferencia de ley cuadrada, y luego se realizan el promedio de tiempo y la raíz cuadrada, de manera similar a lo anterior,
- un detector de precisión de dominio logarítmico (detector Blackmer RMS ) también calcula el logaritmo del valor absoluto de la señal de entrada, sin embargo, el promedio de tiempo se realiza en el logaritmo, en lugar del cuadrado, de la entrada. La salida es logarítmica (escala de decibelios), con un ataque rápido pero un decaimiento lento y lineal. [1]
- un transistor de efecto de campo puede ser utilizado para crear directamente la función de transferencia de ley cuadrática, antes de que el tiempo promedio.
A diferencia de los convertidores térmicos, están sujetos a limitaciones de ancho de banda , lo que los hace inadecuados para la mayoría de los trabajos de RF . Los circuitos antes de promediar el tiempo son particularmente cruciales para el rendimiento de alta frecuencia. La limitación de la velocidad de respuesta del amplificador operacional utilizado para crear el valor absoluto (especialmente en niveles de señal de entrada bajos) tiende a hacer que el segundo método sea el más pobre en frecuencias altas, mientras que el método FET puede funcionar cerca de VHF. Se requieren técnicas especializadas para producir circuitos integrados suficientemente precisos para cálculos analógicos complejos, y muy a menudo los medidores equipados con tales circuitos ofrecen una verdadera conversión RMS como un extra opcional con un aumento de precio significativo.
Referencias
enlaces externos
- Descripción del circuito [1] de un convertidor analógico verdadero RMS a CC basado en las técnicas 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.
- ^ National Semiconductor - LB-25 True rms Detector (Linear Brief 25), junio de 1973