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Misure con il multimetro

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteTheMask » 7 set 2015, 19:03

Ciao a tutti,
sto ri-studiando elettronica dall'inizio in modo approfondito e ho un problema che non riesco proprio a risolvere. E' giorni che cerco in rete ma niente da fare nessuna risposta...

Vengo al dunque:
Ho un generatore di funzioni con il quale vado a generare un' segnale sinusoidale a f=50Hz, 6Vpkpk e poi misuro con il multimetro spostando il selettore:
-Con il selettore in AC circa 2,1V (La Vrms);
-Con il selettore in DC circa 0,17V (Credo che sia per l'errore dello strumento perché la Vm dovrebbe essere 0V).

Il problema giunge quando al segnale di prima aggiungo un' offset di 5 V:
Ora il segnale giustamente non è più una tensione alternata ma continua.
-Con il selettore in AC circa 10,8V (Rappresenta la Vrms?);
-Con il selettore in DC circa 5,17V (Rappresenta la Vm?).

Questi due valori cosa sono e come si calcolano analiticamente?

So che non essendo più in tensione alternata ma continua abbiamo la componente alternata e la continua ma non capisco se rappresentato quello oppure quale altro valore e soprattutto come calcolarli.

Grazie a tutti
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[2] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 7 set 2015, 19:09

Modello del multimetro e scale utilizzate nella misura?
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[3] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteTheMask » 7 set 2015, 19:14

C'era qualcosa che dimenticavo :?

Il multimetro è una cinesata è un: UNI-T UT33D
Scala AC: 200
Scala DC: 20
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[4] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 7 set 2015, 19:42

TheMask ha scritto:-Con il selettore in AC circa 2,1V (La Vrms);


Sì.

TheMask ha scritto:-Con il selettore in DC circa 0,17V (Credo che sia per l'errore dello strumento perché la Vm dovrebbe essere 0V).


Be', bisogna vedere l'offset del generatore, sebbene 170 mV di offset mi sembrino un po' tanti, ma se è della stessa classe del multimetro non lo escluderei.

TheMask ha scritto:-Con il selettore in AC circa 10,8V (Rappresenta la Vrms?);


NO .

I multimetri economici in AC non misurano il (vero) valore efficace, ma misurano un altro valore -- tipicamente il valore medio convenzionale o il valore di picco -- e poi moltiplicano la misura per una costante strumentale in modo che, nel caso si misuri una tensione sinusoidale alternata, l'indicazione coincida con il valore efficace di tale sinusoide. La costante vale circa \pi/(2\sqrt{2})\approx 1{,}11 per i voltmetri a valore medio con raddrizzamento a doppia semionda, \pi/\sqrt{2}\approx 2{,}22 per i voltmetri a valore medio con raddrizzamento a singola semionda (i più comuni) e 1/\sqrt{2} per i voltmetri a valore di picco (rari).

Qui tu hai una tensione sinusoidale sempre positiva, con valore minimo di circa 2 V e valore massimo di circa 8 V. Supponendo che lo strumento misuri le semionde positive, altrimenti non leggeresti nulla, hai un valore medio di circa 5 V, cioè la componente continua che hai aggiunto. Assumendo che il voltmetro sia a valore medio con raddrizzamento a singola semionda, la costante strumentale vale 2,22 e quindi

2{,}22\times 5\,\text{V}\approx 11{,}1\,\text{V}

valore vicino a quello da te letto.
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[5] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteTheMask » 7 set 2015, 20:20

Be', bisogna vedere l'offset del generatore, sebbene 170 mV di offset mi sembrino un po' tanti, ma se è della stessa classe del multimetro non lo escluderei.


L'offset del generatore l'ho spento in quella misurazione, ad ogni modo è un hameg hm8131-2, non saprei, credo che la colpa sia più del multimetro che non di lui.


La costante vale circa \pi/(2\sqrt{2})\approx 1{,}11 per i voltmetri a valore medio con raddrizzamento a doppia semionda, \pi/\sqrt{2}\approx 2{,}22 per i voltmetri a valore medio con raddrizzamento a singola semionda (i più comuni) e 1/\sqrt{2} per i voltmetri a valore di picco (rari).


Quindi da quello che ho capito metto il selettore in DC e ottengo circa 5 V che è il Vm, se lo metto in AC ottengo Vm*2,22=11,1...

Continuo però a non capire bene i motivi...conosci qualche testo o link che spiega bene questa cosa?
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[6] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 7 set 2015, 20:58

Il motivo è che un rivelatore di valore efficace costa caro e quindi non lo si monta in un multimetro economico. Nei multimetri economici si usano rivelatori a valore medio o di picco che costano meno. Convenzionalmente, però, si fa in modo che quando la tensione di ingresso è sinusoidale alternata, l'indicazione corrisponda al valore efficace, che è il valore che uno vorrebbe misurare.

Quando però la tensione non è sinusoidale alternata, l'interpretazione della lettura diventa ambigua, ed è allora meglio non usare questo tipo di multimetri per forme d'onda distorte.

Un'altra nota che mi ero scordato prima: il tuo multimetro per le misure alternate è accoppiato in continua, ovvero misura la somma della componente continua e di quella alternata. Questo purtroppo non è espressamente indicato nel manuale. Molti multimetri vengono invece accoppiati in alternata per le misure AC, rimuovendo così la componente continua. Per un multimetro accoppiato in AC la misura sarebbe stata diversa da quella da te ottenuta.

Un po' di pubblicazioni divulgative sui voltmetri AC sono le seguenti:

  1. H. Logan, AC analog voltmeters, HP Bench Briefs, 13, 5, p. 1-4, 1973
  2. HP, True RMS measurements, Application Note 124.
  3. Analog Devices, RMS-to-DC application guide

Altre informazioni le puoi trovare nei seguenti testi (online):

  1. P. Malcovati, Misure Elettriche
  2. B. M. Oliver, J. M. Cage, Electronic measurements and instrumentation, p. 236-254, 1971.
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[7] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto Utentegotthard » 7 set 2015, 22:17

Ha già detto tutto Foto UtenteDirtyDeeds :-) , però posso dire qualcosa per quanto riguarda quelle specifiche costanti di cui mi pare tu non abbia ben compreso la provenienza.

Spero non ci siano errori, in caso correggetemi. :!:

Cominciamo col dire che, siccome la misurazione del parametro "valore efficace" non è molto agevole, esistono due categorie di convertitori: RMS e TRMS.

I primi (RMS) non calcolano veramente il valore efficace di una forma d' onda, ma calcolano un altro parametro (tipo il valore medio, o il valore di picco) più facile da misurare e, tramite una opportuna moltiplicazione per uno specifico parametro (diverso a seconda di che parametro sia stato realmente misurato), danno in uscita un valore efficace calcolato in modo indiretto.

Il valore del parametro che andrà a moltiplicare il valore misurato dipende dalla forma d' onda del segnale oggetto di misura :!: , quindi, questi convertitori danno in uscita un valore efficace attendibile solo nel caso in cui gli si dia in ingresso un segnale avente la forma d' onda per il quale sono stati progettati (quindi un segnale sinusoidale), altrimenti forniscono in uscita un valore sbagliato.

A causa di questa limitazione, questo tipo di convertitori ha il vantaggio di essere più economico.

Invece, i TRMS (cioè "True RMS"), sono i convertitori "a vero valore efficace", cioè sono costruiti in modo apposito per calcolare il valore efficace di qualsiasi forma d' onda sia il segnale al loro ingresso.
Ovviamente, di contro, sono più costosi.

Ora consideriamo i vari tipi di convertitori di tipo RMS:

:arrow: Convertitori RMS con raddrizzamento a doppia semionda.

Supponiamo che misuri il valore medio del segnale di ingresso, così definito:

V_M=\frac{1}{T} \int_0^T v_{M_{max}} \sin (\omega_0 t) \mathrm{d} t=\frac{2}{T} \int_0^{T/2} v_{M_{max}} \sin (\omega_0 t) \mathrm{d} t=\frac{2 \, v_{M_{max}}}{\pi}=0.637 \, v_{M_{max}}

Questo però non è il valore efficace che ci interessa, quindi il convertitore moltiplica il valore medio ottenuto per il "fattore di forma" FF (Form Factor), così definito:

\text{FF}=\frac{\text{valore efficace}}{\text{valore medio}}=\frac{\frac{v_{M_{max}}}{\sqrt 2}}{0.637 \, V_M}=1.11

:arrow: Convertitore RMS con raddrizzamento a singola semionda.

Il valore medio della sinusoide in ingresso sarà:

V_M=\frac{1}{T} \int_0^T v_{M_{max}} \sin (\omega_0 t) \mathrm{d} t=\frac{1}{T} \int_0^{T/2} v_{M_{max}} \sin (\omega_0 t) \mathrm{d} t=\frac{v_{M_{max}}}{\pi}=0.318 \, v_{M_{max}}

Il suo valore efficace questa volta è:

v_{M_{eff}}=\frac{v_{M_{max}}}{2}

E quindi il fattore moltiplicativo, cioè il "fattore di forma" sarà:

\text{FF}=\frac{\text{valore efficace}}{\text{valore medio}}=\frac{\frac{v_{M_{max}}}{2}}{0.318 \, V_M}=2.22

:arrow: Convertitore RMS a valore di picco, il fattore moltiplicativo, sarà legato questa volta al "fattore di cresta" (CF, "Crest Factor"), che è così definito:

\text{CF}=\frac{\text{valore di picco}}{\text{valore efficace}}


Siccome per un segnale sinusoidale si ha:

\text{valore di picco}=\text{valore efficace} \times \sqrt 2

si vede che il fattore moltiplicativo per cui va moltiplicato il valore di picco è \frac{1}{\sqrt 2}.
...\frac{\mathrm{d} p}{\mathrm{d} t}=JCM... :!:
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[8] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 7 set 2015, 22:21

gotthard ha scritto:Cominciamo col dire che, siccome la misurazione del parametro "valore efficace" non è molto agevole, esistono due categorie di convertitori: RMS e TRMS.


Ehm, no, TRMS e RMS sono la stessa categoria, la 'T' è per buon peso ma non fa differenza.
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[9] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto Utentegotthard » 7 set 2015, 22:53

DirtyDeeds ha scritto:TRMS e RMS sono la stessa categoria, la 'T' è per buon peso ma non fa differenza.

Scusa Dirty, puoi spiegarmi questa frase visto che credo di non aver colto cosa intendi?
...\frac{\mathrm{d} p}{\mathrm{d} t}=JCM... :!:
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[10] Re: Misure con il multimetro

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 7 set 2015, 23:00

Che non c'è differenza tra voltmetri RMS e TRMS: ci sono i voltmetri (T)RMS e poi ci sono i voltmetri a valor medio (a singola e doppia semionda) e voltmetri a valore di picco.
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