True rms в реле напряжения что это такое
Что такое «True RMS»?
На многих измерительных приборах, как правило достаточно дорогих, стоит волшебная маркировка «TrueRMS». Продавцы нахваливают такие приборы, впрочем, не всегда даже в силах объяснить, что это такое. Давайте разберемся, стоит ли переплачивать за такую «честность»? (примечание: «true», в переводе с английского, означает истинный, верный)
True RMS – означает «истинное среднеквадратичное значение» тока. Таким образом, данное обозначение относится к измерению значений переменного тока и напряжения.
Обычные (более простые и дешёвые) измерители работают по принципу «усреднения показаний среднеквадратического значения». Наиболее распространённый способ заключается в следующем: входной сигнал выпрямляется, определяется его среднее значение и умножается на соотношение среднего и среднеквадратичного значения идеальной синусоиды (коэффициент 1,1).
Но в современном мире нас все больше окружают приборы с несинусоидальными характеристиками потребляемого тока: компьютеры, регуляторы освещения, частотные преобразователи и прочее оборудование, которое вносит импульсные искажения в форму сигнала измеряемого напряжения или тока.
И, чем больше форма сигнала отличается от синусоиды, тем больше искажаются показания обычного (не «True RMS») прибора. Например, при измерении тока потребления ШИМ — значения могут завышаться на 10%, а нагрузки в виде однофазного диодного выпрямителя – занижаться на 40%… В реальной жизни, это выражается в ситуациях, когда измерения показывают ток нагрузки 12А, а автомат на 16А постоянно «выбивает».
Как же измерить реальное значение искаженного сигнала? Тут на помощь приходят приборы класса «True RMS». В современных мультиметрах и токовых клещах используются усовершенствованные технологии определения реального эффективного значения переменного тока, не зависимо от формы его кривой. Не будем углубляться в теоретические основы и формулы – нас интересует практическая ценность. А на практике – специальные преобразователи хоть и удорожают измерительные приборы, но зато позволяют получать истинное значение измеряемой величины.
С развитием электроники, функция «TrueRMS» стала доступна не только в приборах промышленного назначения, но и в относительно недорогих мультиметрах.
Что такое True RMS в современных приборах
Современные мультиметры и токовые клещи достаточно точны и универсальны и, как правило, способны измерять как постоянное, так и переменное напряжение и ток.
Но между переменным и постоянным током есть одна существенная разница при измерениях. При измерении постоянного напряжения или тока прибор показывает значение амплитуды напряжения, потому что других параметров нет, т.к. напряжение не изменяется во времени.
Обычно, при измерении параметров переменного тока, приборы показывают эффективное значение синусоидального напряжения.
Соотношение амплитудного и эффективного RMS значения обычно принимается равным U(RMS) = U(Amp) *0,707, что подтверждается на осциллограмме:
Но это справедливо только для переменного напряжения идеальной синусоидальной формы.
Для других форм напряжения необходимо применять другие коэффициенты, например:
Для симметричного двуполярного меандра U (RMS) = U(Amp) *1
Для треугольного и пилообразного напряжения U (RMS) = U(Amp) *0,577
То есть для точного измерения данных напряжений и токов в мультиметре или токовых клещах должен быть реализован особый алгоритм распознавания формы напряжения и включения определенного коэффициента.
Если этого не сделать, то, согласно некоторых исследований, при несинусоидальности измеряемого напряжения, результат может отличаться от истинного почти на 40% в отдельных случаях.
А получение недостоверных результатов измерений может привести к авариям и поломке оборудования.
Именно подобную корректировку производят приборы, имеющие маркировку True RMS (Истинное среднеквадратичное значение), которые показывают действующее значение напряжения и тока даже при сильных искажениях формы напряжения.
А искажения в современных энергосистемах встречаются сплошь и рядом, поскольку их привносят частотные преобразователи, импульсные блоки питания и другие приборы, работающие на принципах синтезирования частоты или ШИМ, поэтому, применение корректирующих приборов с True RMS становится все более и более актуальным.
В настоящее время внесены в госреестр средств измерения Казахстана и поставляются следующие мультиметры с функцией True RMS:
Сертификат о внесении в реестр СИ РК мультиметров:
Токовые клещи, внесенные в реестр СИ РК с функцией True RMS:
Сертификат о внесении в реестр СИ РК токоизмерительных клещей
Как видим, ассортимент приборов с функцией TRMS довольно широк и позволяет подобрать прибор под любые задачи.
При выборе приборов опасайтесь подделок! ТОО Test instruments является официальным дистрибьютором UNI-T по Казахстану и поставляет только оригинальные приборы и инструменты.
Сертификат официального дистрибьютора
Специальный приз офиициального дистрибьютора UNI-T
Точность измерений во всех электросетях – функция True RMS в современных приборах
Прямой перевод True RMS – истинное среднеквадратичное значение, иными словами, это такая технология, которая многократно повышает точность измерительных приборов, особенно в сетях переменного напряжения, подверженных воздействию искажений и помех.
Современные мультиметры и токоизмерительные клещи достаточно точны и универсальны и, как правило, способны измерять как постоянное, так и переменное напряжение и ток.
Но между переменным и постоянным током есть одна существенная разница при измерениях. При измерении постоянного напряжения мультиметр или токовые клещи показывают значение амплитуды напряжения, поскольку напряжение не изменяется во времени.
Совсем другая картина при измерении переменных напряжений, поскольку невозможно выводить результаты измерений 50 раз в секунду. Поэтому, измерительные приборы показывают эффективное или среднеквадратичное значение (RMS) переменного напряжения, которое эквивалентно по энергии постоянному току с таким же значением. Иными словами, результат измерений переменного напряжения – это расчетная цифра, показывающая какое постоянное напряжение является энергетическим эквивалентом измеряемого или, грубо говоря, каким будет постоянное напряжение, если выпрямить измеряемое.
Обычно, при измерении параметров переменного тока, приборы показывают эффективное значение синусоидального напряжения.
Соотношение амплитудного и RMS обычно принимается равным U(RMS) = U(Amp) *0,707, что подтверждается на осциллограмме:
Но это справедливо только для переменного напряжения идеальной синусоидальной формы.
Для других форм напряжения необходимо применять другие коэффициенты, например:
Для симметричного двуполярного меандра U (RMS) = U(Amp) *1
Для треугольного и пилообразного напряжения U (RMS) = U(Amp) *0,577
То есть для точного измерения данных напряжений и токов в мультиметре должен быть реализован особый алгоритм настройки прибора под форму напряжения и тока и изменения коэффициента пересчета амплитудного значения в истинное среднеквадратичное.
Если этого не сделать, то согласно некоторых исследований, при несинусоидальности измеряемого напряжения, результат может отличаться от истинного почти на 40% в отдельных случаях.
А получение недостоверных результатов измерений может привести к авариям и поломке оборудования.
Именно подобную корректировку производят приборы, имеющие маркировку True RMS (Истинное среднеквадратичное значение), которые показывают действующее значение напряжения и тока даже при сильных искажениях формы напряжения.
А искажения в современных энергосистемах встречаются сплошь и рядом, поскольку их привносят частотные преобразователи, импульсные блоки питания и другие приборы, работающие на принципах синтезирования частоты или ШИМ, поэтому, применение корректирующих приборов с TRMS становится все более и более актуальным.
В настоящее время внесены в госреестр средств измерения Казахстана и поставляются следующие мультиметры с функцией True RMS:
UT139A, UT139B, UT139C, UT171A, UT171B, UT171C, UT195E, UT195M, UT195DS
Сертификат о внесении в реестр СИ РК мультиметров:
UT204, UT207, UT208, UT210B, UT210C, UT210D, UT210E, UT211B, UT233, UT221, UT281A, UT281C, UT281E
Сертификат о внесении в реестр СИ РК токоизмерительных клещей:
Как видим, ассортимент приборов с функцией TRMS довольно широк и позволяет подобрать прибор под любые задачи.
При выборе приборов опасайтесь подделок! ТОО Testinstrumentsи его портал Pribor.kzявляются официальным дистрибьютором UNI-T по Казахстану и поставляет только оригинальные приборы и инструменты.
Сертификат официального дистрибьютора –
Специальный приз официальному дистрибьютору UNI-T
Бюджетный вариант измерения TrueRMS
Измерение trueRMS переменного напряжения — задача не совсем простая, не такая, какой она кажется с первого взгляда. Прежде всего потому, что чаще всего приходится измерять не чисто синусоидальное напряжение, а нечто более сложное, усложнённое наличием гармоник шумов.
Поэтому соблазнительно простое решение с детектором среднего значения с пересчётом в ср.кв. значения не работает там, где форма сигнала сильно отличается от синусоидальной или просто неизвестна.
Профессиональные вольтметры ср. кв. значения — это достаточно сложные устройства как по схемотехнике, так и по алгоритмам [1,2]. В большинстве измерителей, которые носят вспомогательный характер и служат для контроля функционирования, такие сложности и точности не требуются.
Также требуется, чтобы измеритель мог быть собран на самом простом 8-битном микроконтроллере.
Общий принцип измерения
Пусть имеется некое переменное напряжение вида, изображённого на рис. 1.
Квазисинусоидальное напряжение имеет некий квазипериод T.
Преимущество измерения среднеквадратичного значения напряжения в том, что в общем случае время измерения не играет большой роли, оно влияет только на частотную полосу измерения. Большее время даёт большее усреднение, меньшее даёт возможность увидеть кратковременные изменения.
Базовое определение ср. кв. значения выглядит вот таким образом:
где u(t) — мгновенное значение напряжения
T — период измерения
Таким образом, время измерения может быть, вообще говоря, любым.
Для реального измерения реальной аппаратурой для вычисления подинтегрального выражения необходимо проквантовать сигнал с некоторой частотой, заведомо превосходящей не менее, чем в 10 раз частоту квазисинусоиды. При измерении сигналов с частотами в пределах 20 кГц это не представляет проблемы даже для 8-битных микроконтроллеров.
Другое дело, что все стандартные контроллеры имеют однополярное питание. Поэтому измерить мгновенное переменное напряжение в момент отрицательной полуволны не представляется возможным.
В работе [3] предложено довольно остроумное решение, как внести постоянную составляющую в сигнал. Вместе с тем в том решении определение момента, когда стоит начать или закончить процесс вычисления ср. кв. значения представляется довольно громоздким.
В данной работе предлагается метод преодоления этого недостатка, а также вычисление интеграла с большей точностью, что позволяет снизить число точек выборки до минимума.
Особенности аналоговой части измерителя
На рис. 2 показано ядро схемы предварительной аналоговой обработки сигнала.
Сигнал поступает через конденсатор C1 на усилитель-формирователь, собранный на операционном усилителе DA1. Сигнал переменного напряжения замешивается на неинвертирующем входе усилителя с половиной опорного напряжения, которое используется в АЦП. Напряжение выбрано 2.048 В, поскольку в компактных устройствах часто используется напряжение питания +3.6 В и менее. В иных случаях удобно использовать 4.048 В, как в [3].
С выхода усилителя-формирователя через интегрирующую цепочку R3-C2 сигнал поступает на вход АЦП, который служит для измерения постоянной составляющей сигнала (U0). C усилителя-формирователя сигнал U’ — это измеряемый сигнал, сдвинутый на половину опорного напряжения. Таким образом, чтобы получить переменную составляющую, достаточно вычислить разность U’-U0.
Сигнал U0 используется также в качестве опорного для компаратора DA2. При переходе U’ через значение U0 компаратор вырабатывает перепад, который используется для формирования процедуры прерывания для сбора измерительных отсчётов.
Важно, что во многие современные микроконтроллеры встроены как операционные усилители, так и компараторы, не упоминая АЦП.
На рис. 3 дан базовый алгоритм для случая измерения величины переменного напряжения с основной частотой 50 Гц. 
Запуск измерения может осуществляться по любому внешнему событию вплоть до кнопки, нажимаемой вручную.
После запуска в первую очередь измеряется постоянная составляющая во входном сигнале АЦП, а затем контроллер переходит в ожидание положительного перепада на выходе компаратора. Как только прерывание по перепаду наступает, контроллер делает выборку из 20 точек с временным шагом, соответствующим 1/20 квазипериода.
В алгоритме написано X мс, поскольку низкобюджетный контроллер имеет собственное время задержки. Чтобы измерение происходило в правильные моменты времени, необхоимо учитывать эту задержку. Поэтому реальная задержка будет меньше 1 мс.
В данном примере задержка соответствует измерениям квазисинусоид в диапазоне 50 Гц, но может быть любой в зависимости от квазипериода измеряемого сигнала в пределах быстродействия конкретного контроллера.
При измерениях ср.кв. значения напряжения произвольного квазипериодического сигнала, если априори неизвестно, что это за сигнал, целесообразно измерить его период, используя встроенный в контроллер таймер и тот же выход компаратора. И уже на основании этого замера устанавливать задержку при осуществлении выборки.
Вычисление среднеквадратичного значения
После того, как АЦП создал выборку, имеем массив значений U'[i], всего 21 значение, включая значение U0. Теперь, если применить формулу Симпсона (точнее, Котеса) для численного интергрирования, как наиболее точную для данного применения, то получим следующее выражение: 
где h — шаг измерения, а нулевой компонент формулы отсутствует, поскольку он равег 0 по определению.
В результате вычисления мы получим значение интеграла в чистом виде в формате отсчётов АЦП. Для перевода в реальные значения полученное значение нужно промасштабировать с учётом величины опорного напряжения и поделить на интервал времени интегрирования.
где Uоп — опорное напряжение АЦП.
Если всё пересчитать в мВ, K приблизительно равняется просто 2. Масштабный коэффициент относится к разностям в квадратных скобках. После пересчёта и вычисления S делим на интервал измерения. С учётом множителя h фактически получаем деление на целое число вместо умножения на h с последующим делением на интервал времени измерения.
И в финале извлекаем квадратный корень.
И вот тут самое интересное и сложное наступает. Можно, разумеется, использовать плавающую точку для вычислений, поскольку язык C это допускает даже для 8-битных контроллеров, и производить вычисления непосредственно по приведённым формулам. Однако скорость расчёта упадёт существенно. Также можно выйти за пределы весьма небольшого ОЗУ микроконтроллера.
Чтобы такого не было, нужно, как верно указано в [3], использовать фиксированную точку и оперировать максимум 16-битными словами.
Автору эту проблему удалось решить и измерять напряжение с погрешностью Uоп/1024, т.е. для приведённого примера с точностью 2 мВ при общем диапазоне измерения ±500 мВ при напряжении питания +3.3 В, что достаточно для многих задач мониторинга процессов.
Программная хитрость состоит в том, чтобы все процессы деления, по возможности, делать до процессов умножения или возведения в степень, чтобы промежуточный результат операций не превышал 65535 (или 32768 для действий со знаком).
Конкретное программное решение выходит за рамки данной статьи.
В данной статье рассмотрены особенности измерения среднеквадратичных значений напряжения с помощью 8-битных микроконтроллеров, показан вариант схемной реализации и основной алгоритм получения отсчётов квантования реального квазисинусоидального сигнала.
Мультиметры «True RMS». В чем разница по сравнению с обычными мультиметрами.
Многие видели дорогие мультиметры с надписью «True RMS». Почему они существенно дороже обычных мультиметров? В каких случаях необходимо покупать «True RMS»? Эти вопросы подробно рассматриваются в видео:
Другие публикации от siemens
Каким бы не был богатым опыт специалиста, и как бы он не был уверен в себе, иногда ему нужно посоветоваться с кем-то. Общение на просторах интернет-сети уже давно стало привычным нам. Разнообразные пользователи сети – будь то профессионал или много знающий любитель – могут выставить в сеть лайфхаки (простые полезные советы на разные темы), которые могут быть с пользой применены для вашего дома.
Какие плюсы пользования ресурсами форума?
На нашем форуме размещены все свежие новости строительства, ведь наши специалисты всегда держат руку на пульсе событий строительства. У нас вы найдете полезную информацию для эксплуатации помещения, инвентаря и так далее. Многие считают полезным делать для дома больше своими руками, ведь это и полезно для здоровья, выгодно экономически, и предоставляет некий моральный комфорт. И возникает логичный вопрос: «Как самому сделать?» Ответы можно получить, полистав наш сайт. Именно после посещения этого форума вы ощутите полностью все плюсы. На этом интернет-ресурсе вы найдете сведения для обустройства дачи своими руками. Но многие из тех рекомендаций можно будет учесть и при обустройстве квартиры. Для осуществления бытовых проектов разного масштаба нужен инвентарь. Для общей консультации посетителей сайта создается обзор инструментов, где информация подана просто и доступно.