लेख में प्रस्तुत एसी वाटमीटर आपको निम्नलिखित मापदंडों को मापने की अनुमति देता है:
1. प्रभावी वोल्टेज मान
2. आरएमएस वर्तमान मूल्य
3. सक्रिय शक्ति
4. पूर्ण शक्ति
5. ऊर्जा घटक
6. औसत भार शक्ति (नीचे देखें)

इस कार्यान्वयन की क्षमताएं और विशेषताएं:
1. सटीकता में सुधार करने के लिए, मापी गई पावर रेंज को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है, और उनके बीच स्विचिंग स्वचालित रूप से होती है।
2. पठनीयता में सुधार और रीडिंग को सरल बनाने के लिए, सूचना प्रदर्शित करने के लिए दो विकल्प लागू किए गए हैं (नीचे चित्र)
3. डिवाइस आपको स्थापित सीमा से परे वोल्टेज और वर्तमान आउटपुट निर्धारित करने और इस जानकारी के आधार पर लोड को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।
4. डिवाइस एक अवधि में बिजली को भी मापता है, ताकि आप परिवर्तनीय शक्ति (रेफ्रिजरेटर, लोहा, कंप्यूटर) वाले उपकरणों की वास्तविक खपत निर्धारित कर सकें।

तस्वीर

सक्रिय शक्ति। मौजूदा। वोल्टेज।

पूर्ण शक्ति के साथ भी ऐसा ही. ऊर्जा घटक। माप अवधि के दौरान औसत शक्ति।

मापन तकनीक:

ओलेग आर्टामोनोव का एक उत्कृष्ट लेख है http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484

इसके (और सिद्धांत के अनुसार) कार्यक्रम का निर्माण किया जाता है।

योजना :

सार्वजनिक रूप से उपलब्ध घटकों पर निर्मित और दोहराने में आसान।

पीएसयू - छोटे तरंगों के साथ कोई भी 5V बिजली की आपूर्ति।

एम्पलीफायर - LM2904 या समान

ट्रिमर पी1 और पी2 - मल्टी-टर्न

शंट आरएसएच को समानांतर में जुड़े 0.1 ओम 2W प्रतिरोधों से इकट्ठा किया गया है। इसका चयन अधिकतम मापी गई शक्ति के प्रति 1 किलोवाट लगभग 1 अवरोधक की दर से किया जाता है। बोर्ड पर 10 टुकड़ों के लिए जगह है। मैंने 4 स्थापित किये हैं, लगभग 4 किलोवाट पर।

एटीएमेगा8 को आंतरिक 8 मेगाहर्ट्ज ऑसिलेटर से संचालित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है।

उपस्थिति :

ऊपरी बाएँ कोने में ऑप्टोकॉप्लर पर ध्यान दें।

मुद्रित सर्किट बोर्ड:

कृपया ध्यान दें: सभी पीसीबी तत्वों का उपयोग नहीं किया जाता है। वर्तमान संस्करण में इसके हार्नेस, बटन K2 (K1 के बगल में, चिह्नित नहीं) के साथ क्वार्ट्ज की कोई आवश्यकता नहीं है।

दाहिने कोने में एक ऑप्टिकल कपलर है, लेकिन मैं इसे एक अलग डिवाइस के रूप में बनाने की सलाह देता हूं। यह सुविधाजनक होगा।

सर्किट की स्थापना और संचालन:

ध्यान दें: सर्किट मुख्य वोल्टेज के अंतर्गत है। प्रोग्रामर के माध्यम से संचालित, वोल्टेज बंद करके एमके फर्मवेयर निष्पादित करें! UART आउटपुट को केवल एक ऑप्टिकल कपलर के माध्यम से जोड़ा जाना चाहिए!

सेटअप को दो चरणों में बांटा गया है.

चरण 1: शून्य बिंदु निर्धारित करना।

बटन दबाएं और डिवाइस चालू करें। बटन छोड़ें.

स्क्रीन पर इस तरह की एक छवि दिखाई देगी:

ये 0..1023 के पैमाने पर वोल्टेज और करंट मान हैं।

बाएँ से दाएँ: अवधि के लिए न्यूनतम, अवधि के लिए अधिकतम, औसत।

समायोजक P1 और P2 का उपयोग करके, हमने औसत को 511 पर सेट किया है।

हम न्यूनतम और अधिकतम से ऊपर और नीचे स्टॉक की उपस्थिति की जांच करते हैं।

# के बाद की संख्या अवधि के दौरान लिए गए नमूनों की संख्या को दर्शाती है। यह संख्या 200 से थोड़ी कम होनी चाहिए.

चरण 2. अंशांकन.

UART-USB एडाप्टर कनेक्ट करें. उदाहरण के लिए यह:

ऑप्टोकॉप्लर के माध्यम से। इसका बोर्ड फ़ाइल में मुख्य बोर्ड के साथ अगले टैब पर स्थित है।

टर्मिनल प्रोग्राम को 4800 स्पीड पर लॉन्च करें।
- एक मानक वोल्टमीटर और एमीटर और एक सक्रिय लोड कनेक्ट करें, उदाहरण के लिए 100W।
- डिवाइस को नेटवर्क से कनेक्ट करें। लोडिंग के दौरान, "थर्मामीटर" छवि पर K1 को दबाए रखें और तब तक न छोड़ें जब तक कि "थर्मामीटर" स्क्रीन के किनारे तक न पहुंच जाए। संदेश (सेटअप) स्क्रीन पर दिखाई देगा.
- टर्मिनल में इस तरह की एक छवि दिखाई देनी चाहिए:

यह एक डायलॉग बॉक्स है. नया मान सहेजना इस प्रकार किया जाता है:

(आइटम) (दर्ज करें) (मान) (दर्ज करें)

बिंदुओं की व्याख्या:
1, वोल्टेज के लिए स्थिरांक
2. वर्तमान सीमा 1 के लिए स्थिरांक
3. वर्तमान 2 श्रेणियों के लिए स्थिरांक
4. माप अवधि की संख्या. सूचना अद्यतन की आवृत्ति को प्रभावित करता है।
लोड नियंत्रण (फ्यूज) के लिए 5,6,7 सेटिंग्स। नियंत्रण आउटपुट LED1, LED2।
8. टर्मिनल पर आउटपुट का नियंत्रण। नीचे देखें।
0. बाहर निकलें

अंशांकन के लिए, फॉर्म का अनुपात बनाएं: एक्स = (रिकॉर्ड किया गया स्थिरांक) * (संदर्भ वोल्टेज) / (प्रदर्शित वोल्टेज)

इसे स्मृति में लिख लें. यदि आवश्यक हो तो दोहराएँ.

करंट के लिए दोहराएं, फिर लोड को दूसरी श्रेणी (मान लीजिए 1000W) में बदलने के लिए बदलें और दोबारा दोहराएं।

बस इतना ही, आप इसका उपयोग कर सकते हैं।

अन्य:

1. ऊपरी दाएं कोने में एक संकेतक है। इसका ब्लिंक करना इस बात की पुष्टि करता है कि डिवाइस काम कर रहा है।

इस सूचक के अंदर का बिंदु शामिल सीमा को दर्शाता है: कम - 1 श्रेणी, अधिक - 2 श्रेणी।

2. दूसरे अंशांकन चरण में वर्णित डिस्प स्थिरांक टर्मिनल पर डेटा आउटपुट के मोड को नियंत्रित करता है।

Disp=0 कुछ भी प्रदर्शित नहीं होता है।

Disp=1 टर्मिनल पर डुप्लिकेट डिस्प्ले डेटा:

डिस्प=2 ऑसिलोस्कोप मोड। इस मोड में, तात्कालिक वोल्टेज और वर्तमान मूल्यों के सहेजे गए माप डेटा को टर्मिनल पर आउटपुट किया जाता है, जहां उन्हें एक्सेल में कॉपी किया जा सकता है (उदाहरण के लिए), पर्याप्तता के लिए जांच की जाती है, और बस वर्तमान और वोल्टेज के आकार का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है संजाल। आलेख के साथ एक उदाहरण फ़ाइल संलग्न है.

4. ऑपरेटिंग मोड में, K1 बटन डिस्प्ले पर डिस्प्ले मोड स्विच करता है।

बस इतना ही। मुझे आपकी प्रतिक्रिया पाकर खुशी होगी.

रेडियोतत्वों की सूची

पद का नाम	प्रकार	मज़हब	मात्रा	टिप्पणी	दुकान	मेरा नोटपैड
बीपी	बिजली इकाई	5 वोल्ट	1	कोई		नोटपैड के लिए
	यूएसबी-यूएआरटी एडाप्टर		1	अंशांकन के लिए आवश्यक है		नोटपैड के लिए
	ऑप्टिकल आइसोलेशन बोर्ड		1	फोटो में, USB-UART एडाप्टर के लिए		नोटपैड के लिए
ओपी1, ओपी2	ऑपरेशनल एंप्लीफायर	एलएम2904	1			नोटपैड के लिए
आईसी2	एमके एवीआर 8-बिट	ATmega8	1			नोटपैड के लिए
	आयसीडी प्रदर्शन	एचडी44780 2x20	1			नोटपैड के लिए
डी1, डी2	दिष्टकारी डायोड	1एन4007	2			नोटपैड के लिए
LED1, LED2	प्रकाश उत्सर्जक डायोड		2			नोटपैड के लिए
सी1, सी2	विद्युत - अपघटनी संधारित्र	6.8 μF	2			नोटपैड के लिए
सी 3	संधारित्र	100 एनएफ	1			नोटपैड के लिए
आर 1	अवरोध	20 कोहम	1			नोटपैड के लिए
आर2, आर5, आर8	अवरोध	10 कोहम	3			नोटपैड के लिए
आर3, आर6, आर10, आर13, आर14	अवरोध	1 कोहम	5			नोटपैड के लिए
आर4	अवरोध	470 कोहम	1			नोटपैड के लिए
आर7	अवरोध	0.1 ओम 2 डब्ल्यू	10	आरएसएच, समानांतर में जुड़ा हुआ, मात्रा का चयन करें		नोटपैड के लिए
आर9, आर12	अवरोध	680 ओम	2			नोटपैड के लिए
आर11	अवरोध	330 कोहम	1			नोटपैड के लिए
पी1	ट्रिमर रोकनेवाला	330 कोहम	1	बहु बारी		नोटपैड के लिए
पी2	ट्रिमर रोकनेवाला	1.5 कोहम	1	बहु बारी

परिचय

प्रत्यावर्ती वोल्टेज के ट्रूआरएमएस को मापना पूरी तरह से सरल कार्य नहीं है, न ही यह वैसा है जैसा पहली नज़र में लगता है। सबसे पहले, क्योंकि अक्सर विशुद्ध रूप से साइनसॉइडल वोल्टेज को मापना आवश्यक नहीं होता है, लेकिन शोर हार्मोनिक्स की उपस्थिति से कुछ अधिक जटिल, जटिल होता है।

इसलिए, आरएमएस में रूपांतरण के साथ औसत मूल्य डिटेक्टर वाला एक सरल समाधान आकर्षक है। मान वहां काम नहीं करते जहां सिग्नल का आकार साइनसॉइडल से बहुत अलग है या बस अज्ञात है।

व्यावसायिक वाल्टमीटर बुध। वर्ग. मान सर्किट डिज़ाइन और एल्गोरिदम दोनों में काफी जटिल उपकरण हैं। अधिकांश मीटरों में, जो प्रकृति में सहायक होते हैं और कामकाज की निगरानी के लिए काम करते हैं, ऐसी जटिलता और सटीकता की आवश्यकता नहीं होती है।

यह भी आवश्यक है कि मीटर को सरलतम 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर पर असेंबल किया जा सके।

सामान्य माप सिद्धांत

मान लीजिए कि चित्र में दिखाए गए रूप का एक निश्चित प्रत्यावर्ती वोल्टेज है। 1.

अर्ध-साइनसॉइडल वोल्टेज में एक निश्चित अर्ध-आवधिक टी होता है।

आरएमएस वोल्टेज को मापने का लाभ यह है कि सामान्य तौर पर माप समय एक बड़ी भूमिका नहीं निभाता है, यह केवल माप की आवृत्ति बैंडविड्थ को प्रभावित करता है। लंबा समय अधिक औसत देता है, छोटा समय अल्पकालिक परिवर्तन देखना संभव बनाता है।

मूल परिभाषा सी.एफ. वर्ग. मान इस तरह दिखते हैं:

जहाँ u(t) तात्कालिक वोल्टेज मान है
टी - माप अवधि

इस प्रकार, माप का समय, आम तौर पर, कुछ भी हो सकता है।

इंटीग्रैंड अभिव्यक्ति की गणना करने के लिए वास्तविक उपकरणों के साथ वास्तविक माप के लिए, एक निश्चित आवृत्ति के साथ सिग्नल को परिमाणित करना आवश्यक है, जो स्पष्ट रूप से अर्ध-साइनसॉइड की आवृत्ति से कम से कम 10 गुना अधिक है। 20 किलोहर्ट्ज़ के भीतर आवृत्तियों के साथ संकेतों को मापते समय, यह 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर के लिए भी कोई समस्या पैदा नहीं करता है।

दूसरी बात यह है कि सभी मानक नियंत्रकों में एकध्रुवीय बिजली आपूर्ति होती है। इसलिए, नकारात्मक अर्ध-तरंग के क्षण में तात्कालिक प्रत्यावर्ती वोल्टेज को मापना संभव नहीं है।

यह कार्य सिग्नल में एक स्थिर घटक को कैसे पेश किया जाए, इस पर एक सरल समाधान प्रस्तावित करता है। साथ ही, उस निर्णय में, उस क्षण का निर्धारण करना जब सीएफ की गणना की प्रक्रिया शुरू करने या समाप्त करने लायक हो। वर्ग. अर्थ काफी बोझिल लगता है.

यह पेपर इस कमी को दूर करने के साथ-साथ अधिक सटीकता के साथ इंटीग्रल की गणना करने के लिए एक विधि का प्रस्ताव करता है, जो नमूना बिंदुओं की संख्या को न्यूनतम तक कम करने की अनुमति देता है।

मीटर के एनालॉग भाग की विशेषताएं

चित्र में. चित्र 2 एनालॉग सिग्नल प्री-प्रोसेसिंग सर्किट का मूल दिखाता है।

सिग्नल को कैपेसिटर C1 के माध्यम से शेपर एम्पलीफायर को आपूर्ति की जाती है, जो ऑपरेशनल एम्पलीफायर DA1 पर असेंबल किया जाता है। एसी वोल्टेज सिग्नल को एम्पलीफायर के गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर एडीसी में उपयोग किए गए आधे संदर्भ वोल्टेज के साथ मिलाया जाता है। चुना गया वोल्टेज 2.048 वी है, क्योंकि कॉम्पैक्ट डिवाइस अक्सर +3.6 वी या उससे कम की आपूर्ति वोल्टेज का उपयोग करते हैं। अन्य मामलों में, 4.048 V का उपयोग करना सुविधाजनक है।

शेपर एम्पलीफायर के आउटपुट से, इंटीग्रेटिंग चेन R3-C2 के माध्यम से, सिग्नल को ADC के इनपुट में आपूर्ति की जाती है, जो सिग्नल के DC घटक (U0) को मापने का कार्य करता है। शेपर एम्पलीफायर से, सिग्नल यू' आधे संदर्भ वोल्टेज द्वारा स्थानांतरित मापा गया सिग्नल है। इस प्रकार, परिवर्तनीय घटक प्राप्त करने के लिए, अंतर U'-U0 की गणना करना पर्याप्त है।
U0 सिग्नल का उपयोग तुलनित्र DA2 के संदर्भ के रूप में भी किया जाता है। जब U', U0 के मान से गुजरता है, तो तुलनित्र एक किनारा उत्पन्न करता है, जिसका उपयोग माप रीडिंग एकत्र करने के लिए एक रुकावट प्रक्रिया उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

यह महत्वपूर्ण है कि कई आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर्स में एडीसी का उल्लेख न करते हुए परिचालन एम्पलीफायर और तुलनित्र दोनों अंतर्निहित हैं।

बुनियादी एल्गोरिथ्म

चित्र में. चित्र 3 50 हर्ट्ज की मौलिक आवृत्ति के साथ एक वैकल्पिक वोल्टेज को मापने के मामले के लिए बुनियादी एल्गोरिदम दिखाता है।


माप किसी भी बाहरी घटना से शुरू हो सकता है, यहां तक ​​कि मैन्युअल रूप से दबाए गए बटन से भी।

स्टार्टअप के बाद, एडीसी इनपुट सिग्नल में डीसी घटक को पहले मापा जाता है, और फिर नियंत्रक तुलनित्र आउटपुट पर सकारात्मक गिरावट की प्रतीक्षा करता है। जैसे ही एज इंटरप्ट होता है, नियंत्रक अर्ध-अवधि के 1/20 के अनुरूप समय चरण के साथ 20 बिंदुओं का नमूना लेता है।

एल्गोरिदम एक्स एमएस कहता है क्योंकि लो-एंड कंट्रोलर की अपनी विलंबता होती है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि माप सही समय पर हो, इस देरी को ध्यान में रखा जाना चाहिए। इसलिए, वास्तविक विलंब 1 एमएस से कम होगा।

इस उदाहरण में, देरी 50 हर्ट्ज की सीमा में अर्ध-साइन तरंगों के माप से मेल खाती है, लेकिन किसी विशेष नियंत्रक की गति सीमा के भीतर मापा सिग्नल की अर्ध-अवधि के आधार पर कोई भी हो सकती है।

आरएमएस मापते समय। एक मनमाना अर्ध-आवधिक सिग्नल का वोल्टेज मान, यदि यह पहले से अज्ञात है कि यह किस प्रकार का सिग्नल है, तो नियंत्रक में निर्मित टाइमर और उसी तुलनित्र आउटपुट का उपयोग करके इसकी अवधि को मापने की सलाह दी जाती है। और इस माप के आधार पर, नमूना लेते समय विलंब निर्धारित करें।

आरएमएस गणना

ADC द्वारा एक नमूना बनाने के बाद, हमारे पास U"[i] मानों की एक सारणी है, मान U0 सहित कुल 21 मान हैं। अब, यदि हम संख्यात्मक एकीकरण के लिए सिम्पसन (अधिक सटीक रूप से, कोट्स) सूत्र को लागू करते हैं, जैसे इस एप्लिकेशन के लिए सबसे सटीक, हमें निम्नलिखित अभिव्यक्ति मिलती है:

जहां h माप चरण है, और सूत्र का शून्य घटक अनुपस्थित है, क्योंकि परिभाषा के अनुसार यह 0 के बराबर है।

गणना के परिणामस्वरूप, हम एडीसी नमूनों के प्रारूप में अपने शुद्ध रूप में अभिन्न का मूल्य प्राप्त करेंगे। वास्तविक मूल्यों में परिवर्तित करने के लिए, परिणामी मूल्य को संदर्भ वोल्टेज के मूल्य को ध्यान में रखते हुए स्केल किया जाना चाहिए और एकीकरण समय अंतराल से विभाजित किया जाना चाहिए।

जहां यूओपी एडीसी संदर्भ वोल्टेज है।

यदि सब कुछ mV में परिवर्तित किया जाता है, तो K लगभग केवल 2 के बराबर होता है। स्केल कारक वर्ग कोष्ठक में अंतर को संदर्भित करता है। पुनर्गणना और गणना के बाद, एस को माप अंतराल से विभाजित किया जाता है। गुणक h को ध्यान में रखते हुए, हम वास्तव में h से गुणा करने के बजाय एक पूर्णांक से विभाजन प्राप्त करते हैं और उसके बाद माप समय अंतराल से विभाजन प्राप्त करते हैं।

और अंत में हम वर्गमूल निकालते हैं।

और यहीं सबसे दिलचस्प और कठिन बात आती है। बेशक, आप गणना के लिए फ़्लोटिंग पॉइंट का उपयोग कर सकते हैं, क्योंकि सी भाषा 8-बिट नियंत्रकों के लिए भी इसकी अनुमति देती है, और दिए गए सूत्रों का उपयोग करके सीधे गणना करती है। हालाँकि, गणना की गति काफी कम हो जाएगी। माइक्रोकंट्रोलर की बहुत छोटी रैम से आगे जाना भी संभव है।

ऐसा होने से रोकने के लिए, जैसा कि इसमें सही कहा गया है, आपको एक निश्चित बिंदु का उपयोग करने और अधिकतम 16-बिट शब्दों के साथ काम करने की आवश्यकता है।

लेखक इस समस्या को हल करने और यूओपी/1024 की त्रुटि के साथ वोल्टेज को मापने में कामयाब रहा, यानी। दिए गए उदाहरण के लिए +3.3 वी की आपूर्ति वोल्टेज पर ±500 एमवी की कुल माप सीमा के साथ 2 एमवी की सटीकता के साथ, जो कई प्रक्रिया निगरानी कार्यों के लिए पर्याप्त है।

सॉफ़्टवेयर चाल सभी विभाजन प्रक्रियाओं को, यदि संभव हो तो, गुणन या घातांक प्रक्रियाओं से पहले करना है, ताकि संचालन का मध्यवर्ती परिणाम 65535 (या हस्ताक्षरित संचालन के लिए 32768) से अधिक न हो।

विशिष्ट सॉफ़्टवेयर समाधान इस आलेख के दायरे से बाहर है।

निष्कर्ष

यह लेख 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करके आरएमएस वोल्टेज मानों को मापने की विशेषताओं पर चर्चा करता है, सर्किट कार्यान्वयन का एक प्रकार और वास्तविक अर्ध-साइनसॉइडल सिग्नल के परिमाणीकरण नमूने प्राप्त करने के लिए मुख्य एल्गोरिदम दिखाता है।

वैकल्पिक वोल्टेज और धाराओं को विभिन्न संकेतकों द्वारा चित्रित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, मनमाने आकार के वैकल्पिक आवधिक वोल्टेज के लिए यू(टी), आयाम मूल्यों के अलावा, इसकी विशेषता हो सकती है:

• औसत मूल्य(निरंतर घटक)

• औसत संशोधित मूल्य

• असरदारया प्रभावी मूल्य

अक्सर, प्रत्यावर्ती वोल्टेज या धारा के प्रभाव को उस अवधि की औसत शक्ति से आंका जाता है जो सक्रिय प्रतिरोध को गर्म करती है आरजिससे प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होती है (या जिस पर प्रत्यावर्ती वोल्टेज लगाया जाता है)। तापन प्रक्रिया जड़त्वीय होती है और आमतौर पर इसका समय अवधि से कहीं अधिक लंबा होता है टीप्रत्यावर्ती वोल्टेज या धारा. इस संबंध में, साइनसॉइडल वोल्टेज और करंट के प्रभावी मूल्य का उपयोग करने की प्रथा है। इस मामले में:

यहां से यह स्पष्ट है कि साइनसॉइडल वोल्टेज या करंट के प्रभावी मूल्य को मापने के लिए, उनके आयाम मान को मापना और √2 = 1.414 से विभाजित करना (या 0.707 से गुणा करना) पर्याप्त है।

एसी वोल्टमीटर और एमीटर का उपयोग अक्सर एसी वोल्टेज और करंट स्तर को मापने के लिए किया जाता है गैर-साइनसॉइडल आकार. सैद्धांतिक रूप से, ऐसे संकेतों को फूरियर श्रृंखला द्वारा दर्शाया जा सकता है, जिसमें सिग्नल के निरंतर घटक का योग, इसका पहला हार्मोनिक और उच्च हार्मोनिक्स का योग शामिल होता है। रैखिक सर्किट के लिए, सुपरपोज़िशन के सिद्धांत के कारण, एक गैर-साइनसॉइडल सिग्नल की शक्ति उसके सभी घटकों की शक्ति से निर्धारित होती है। यह सिग्नल की हार्मोनिक संरचना पर निर्भर करता है, जो सिग्नल के आकार से निर्धारित होता है।

एक नियम के रूप में, माप पद्धति की परवाह किए बिना, उन्हें आमतौर पर साइनसॉइडल वैकल्पिक वोल्टेज या वर्तमान के प्रभावी मूल्यों में कैलिब्रेट किया जाता है। आमतौर पर इस मामले में, फुल-वेव रेक्टिफायर की मदद से, वोल्टेज या करंट को ठीक किया जाता है और उनके औसत रेक्टिफाइड वोल्टेज को मापना संभव होता है (अक्सर इसे केवल औसत कहा जाता है, लेकिन यह पूरी तरह से सटीक नहीं है - ऊपर देखें)। साइनसॉइडल से एसी वोल्टेज आकार का विचलन आमतौर पर आकार कारक द्वारा ध्यान में रखा जाता है:

क एफ =यू डी /यू औसत

एक वर्गाकार तरंग के लिए (मींडर) कФ =1, और साइनसोइडल के लिए कФ =π/2√2=1.1107. यह अंतर इन साधारण मामलों में भी रीडिंग में बड़े अंतर का कारण बनता है।

आजकल, पर्सनल कंप्यूटर, पल्स-मोड ट्रांसमीटर वाले सेल फोन, पल्स और अनुनाद वोल्टेज कनवर्टर और बिजली की आपूर्ति, समायोज्य गति के साथ इलेक्ट्रिक ड्राइव और अन्य उपकरण जो अल्पकालिक पल्स या साइनसॉइड सेगमेंट के रूप में धाराओं का उपभोग करते हैं, व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इस मामले में, सिग्नल के मूल माध्य वर्ग मान को उसके स्पेक्ट्रम के सभी हार्मोनिक्स को ध्यान में रखना चाहिए। इस मामले में उनका कहना है कि ऐसा है सही आरएमएस मूल्य (ट्रूआरएमएसया टीआरएमएस).

दुर्भाग्य से, साइनसॉइडल के अलावा अलग-अलग समय निर्भरता के साथ वोल्टेज और धाराओं को मापते समय, वैकल्पिक वोल्टेज या वर्तमान के औसत सुधारित या आयाम मूल्यों और उनके प्रभावी मूल्यों के बीच संबंधों के उल्लंघन के कारण बड़ी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। इस मामले में औसत रीडिंग वाले पारंपरिक वोल्टेज और करंट मीटर अस्वीकार्य रूप से बड़ी त्रुटि देते हैं, चित्र देखें। धाराओं के प्रभावी मूल्य का एक सरलीकृत माप कभी-कभी वास्तविक परिणामों का 50% तक कम आंकलन कर सकता है।

चावल। 1. विभिन्न वोल्टेज और धाराओं के विभिन्न प्रकार के माप की तुलना

एक उपयोगकर्ता जो यह नहीं जानता है वह लंबे समय तक आश्चर्यचकित रह सकता है कि 10 ए के करंट वाले उपकरण में फ्यूज नियमित रूप से क्यों जलता है, हालांकि एमीटर या पारंपरिक मल्टीमीटर की रीडिंग के अनुसार, करंट 10 का स्वीकार्य मान है ए. यदि मापा वोल्टेज या वर्तमान का वक्र आदर्श साइनसॉइडल आकार से विचलित हो जाता है, तो 1,1107≈1.1 के कारक का उपयोग करके शोधन अस्वीकार्य हो जाता है। इस कारण से, आधुनिक बिजली नेटवर्क में धाराओं को मापते समय औसत रीडिंग वाले मीटर अक्सर गलत परिणाम देते हैं। इस संबंध में, ऐसे उपकरण बनाए गए हैं जो किसी भी रूप के प्रत्यावर्ती वोल्टेज और वर्तमान के सही आरएमएस मूल्य को मापते हैं, जो मापा वोल्टेज से जुड़े एक रैखिक प्रतिरोधी के हीटिंग द्वारा निर्धारित किया जाता है।

आजकल, आधुनिक मल्टीमीटर जो वैकल्पिक वोल्टेज या करंट (जरूरी नहीं कि साइन वेव) के वास्तविक आरएमएस मान को मापते हैं, उन्हें आमतौर पर ट्रू आरएमएस लेबल के साथ चिह्नित किया जाता है। ऐसे मीटर अधिक उन्नत माप सर्किट का उपयोग करते हैं, अक्सर माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रण और सुधार के साथ। इससे माप सटीकता में उल्लेखनीय वृद्धि करना और उपकरणों के आयाम और वजन को कम करना संभव हो गया।

विभिन्न संगठनों की आधुनिक उत्पादन सुविधाओं और उपकरणों के रखरखाव में प्रौद्योगिकीविदों और विशेषज्ञों के सामने सटीक माप एक कठिन कार्य है। हमारे दैनिक जीवन में तेजी से व्यक्तिगत कंप्यूटर, वैरिएबल स्पीड ड्राइव और अन्य उपकरण शामिल हो रहे हैं जिनमें वर्तमान खपत और ऑपरेटिंग वोल्टेज (अल्पकालिक पल्स के रूप में, विकृतियों आदि के साथ) की गैर-साइनसॉइडल विशेषताएं हैं। ऐसे उपकरण पारंपरिक औसत (आरएमएस) मीटर से अपर्याप्त रीडिंग का कारण बन सकते हैं।

आपको ट्रू-आरएमएस डिवाइस क्यों चुनना चाहिए?

जब हम एसी वर्तमान मूल्यों के बारे में बात करते हैं, तो हमारा मतलब आमतौर पर उत्पन्न औसत प्रभावी गर्मी या मूल माध्य वर्ग (आरएमएस) वर्तमान मूल्य होता है। यह मान प्रत्यक्ष धारा के मान के बराबर है, जिसकी क्रिया मापी गई प्रत्यावर्ती धारा की क्रिया के समान थर्मल प्रभाव पैदा करेगी, और इसकी गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

.

मीटर का उपयोग करके इस आरएमएस करंट को मापने का सबसे आम तरीका एसी करंट को सुधारना, सुधारे गए सिग्नल का औसत लेना और परिणाम को एक कारक से गुणा करना है। 1,1 (एक आदर्श साइन तरंग के माध्य और मूल माध्य वर्ग मान के बीच संबंध)।

हालाँकि, यदि साइनसॉइडल वक्र आदर्श आकार से विचलित हो जाता है, तो यह गुणांक लागू होना बंद हो जाता है। इस कारण से, आधुनिक बिजली नेटवर्क में धाराओं को मापते समय औसत मीटर अक्सर गलत परिणाम देते हैं।

रैखिक और गैर-रैखिक भार

चावल। 1. साइनसॉइडल और विकृत आकार के वोल्टेज वक्र।

रैखिक भार, जिसमें केवल प्रतिरोधक, कॉइल और कैपेसिटर शामिल होते हैं, एक साइनसॉइडल वर्तमान वक्र की विशेषता रखते हैं, इसलिए उनके मापदंडों को मापते समय कोई समस्या नहीं होती है। हालाँकि, गैर-रेखीय भार जैसे कि परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव और कार्यालय बिजली आपूर्ति के साथ, बड़े भार से हस्तक्षेप होने पर विकृत वक्र उत्पन्न होंगे।

चावल। 2. पर्सनल कंप्यूटर बिजली आपूर्ति के वर्तमान और वोल्टेज वक्र।

पारंपरिक मीटरों का उपयोग करके ऐसे विकृत वक्रों का उपयोग करके धाराओं के मूल माध्य वर्ग मान को मापना, भार की प्रकृति के आधार पर, वास्तविक परिणामों का एक महत्वपूर्ण कम अनुमान दे सकता है:

डिवाइस वर्ग	लोड प्रकार/वक्र आकार
	पीडब्लूएम (मींडर)	एकल-चरण डायोड सही करनेवाला	तीन चरण डायोड सही करनेवाला
आरएमएस	सही ढंग से	10% अधिक विवरण	40% कम आंकलन	कम करके बताना 5%...30%
सच्चा आरएमएस	सही ढंग से	सही ढंग से	सही ढंग से	सही ढंग से

इसलिए, पारंपरिक उपकरणों के उपयोगकर्ताओं को आश्चर्य होगा कि, उदाहरण के लिए, 14-एम्पी फ्यूज नियमित रूप से क्यों उड़ता है, हालांकि एमीटर रीडिंग के अनुसार वर्तमान केवल 10 ए है।

सही आरएमएस मीटर

विकृत तरंगों के साथ धारा को मापने के लिए, आपको साइन तरंग के आकार की जांच करने के लिए एक तरंग रूप विश्लेषक का उपयोग करने की आवश्यकता है, और फिर औसत रीडिंग वाले मीटर का उपयोग केवल तभी करें जब तरंग वास्तव में एक आदर्श साइन तरंग हो। हालाँकि, ट्रू आरएमएस रीडिंग वाले मीटर का लगातार उपयोग करना और माप की सटीकता में हमेशा आश्वस्त रहना अधिक सुविधाजनक है। इस वर्ग के आधुनिक मल्टीमीटर और वर्तमान क्लैंप उन्नत माप तकनीकों का उपयोग करते हैं जो आपको प्रत्यावर्ती धारा के वास्तविक प्रभावी मूल्यों को निर्धारित करने की अनुमति देते हैं, भले ही वर्तमान वक्र एक पूर्ण साइन तरंग या विकृत हो। इस उद्देश्य के लिए, विशेष कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है, जो बजट एनालॉग्स के साथ लागत में मुख्य अंतर का कारण बनता है। एकमात्र सीमा यह है कि वक्र उपयोग किए गए उपकरण की अनुमेय माप सीमा के भीतर होना चाहिए।

नॉनलाइनियर लोड धाराओं को मापने की सुविधाओं से संबंधित हर चीज वोल्टेज को मापने के लिए भी सच है। वोल्टेज वक्र भी अक्सर सही साइन तरंगें नहीं होते हैं, जिससे औसत रीडिंग वाले मीटर गलत परिणाम देते हैं।

ऊपर वर्णित उदाहरणों के आधार पर, आधुनिक हाई-टेक विद्युत प्रणालियों में, धाराओं और वोल्टेज को मापने के लिए ट्रू आरएमएस श्रेणी के उपकरणों का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।

माप करने के लिए, केवल माप उपकरण को सही ढंग से कनेक्ट करना हमेशा आवश्यक नहीं होता है। इस प्रश्न का उत्तर देना बहुत महत्वपूर्ण है: मैं इसे क्यों माप रहा हूँ? किसी तार में ऊष्मा उत्पादन का परीक्षण करने के लिए करंट को मापने के लिए एक पैरामीटर की आवश्यकता होती है; कैपेसिटर या बैटरी के चार्ज स्तर को निर्धारित करने के लिए करंट को मापने के लिए एक पूरी तरह से अलग पैरामीटर की आवश्यकता होती है।

पैरामीटर्स को औसत मान, मूल माध्य वर्ग ( आरएमएस, वर्गमूल औसत का वर्ग), तात्कालिक या चरम मूल्य। न केवल लोड का प्रकार महत्वपूर्ण है, बल्कि यह भी महत्वपूर्ण है कि हम एसी या डीसी के साथ काम कर रहे हैं और वोल्टेज और वर्तमान तरंग कैसा दिखता है। वोल्टेज और करंट की अवधारणाओं से शक्ति और ऊर्जा का गहरा संबंध है।

तात्कालिक मूल्य

तात्कालिक धारा, वोल्टेज और शक्ति समय में एक विशिष्ट क्षण के अनुरूप मूल्य हैं। किसी भी सिग्नल में अनंत संख्या में तात्कालिक मान होते हैं। वोल्टेज के मामले में, इसे इस प्रकार लिखा जाता है।

श्रृंखला में जुड़े एक अवरोधक और प्रारंभ करनेवाला से युक्त एक सर्किट पर विचार करें, जो पीक वोल्टेज और आवृत्ति के साथ एक साइनसॉइडल वोल्टेज स्रोत से जुड़ा हुआ है हर्ट्ज.

इस मामले में, समय के एक फलन के रूप में साइनसॉइडल वोल्टेज को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

(1)

करंट का अधिकतम मान होता है और इसे वोल्टेज के संबंध में स्थानांतरित किया जाता है:

(2)

शक्ति, समय के एक फलन के रूप में, संगत तात्कालिक वोल्टेज और वर्तमान मान है:

(3)

नीचे दिया गया चित्र वोल्टेज, करंट और पावर का ग्राफ दिखाता है।

उदाहरण के लिए, ग्रे रेखा किसी समय बिंदु के लिए तात्कालिक मान दिखाती है एमएस:

वी (4.2) = 2.906 वी

मैं (4.2) = 0.538 ए

पी (4.2) = 1.563 डब्ल्यू

समय में एक निश्चित बिंदु पर, तात्कालिक वोल्टेज और करंट को हमेशा तात्कालिक शक्ति की गणना करके गुणा किया जा सकता है।

औसत मान

औसत सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले पैरामीटर हैं।

यदि डीसी मान मापने के लिए मल्टीमीटर स्थापित किया गया है, तो औसत वोल्टेज और वर्तमान मान मापा जाता है। इसके अतिरिक्त, यदि मल्टीमीटर डीसी करंट मोड में है, तो एसी सिग्नल के लिए औसत वोल्टेज या करंट भी मापा जाएगा। सममित एसी वोल्टेज के मामले में, मल्टीमीटर इंगित करेगा कि कौन सा सही मान है।

वोल्टेज और करंट

औसत मूल्य तात्कालिक मूल्यों के सभी उत्पादों का योग है, जिसे लिए गए मापों की संख्या से विभाजित किया जाता है। यदि माप अनंत बार किया जाता है, तो हम उस सीमा तक जा सकते हैं जिसमें माप का समय अंतराल → 0 और योग एक अभिन्न में बदल जाता है। सामान्य रूप में:

(4)

वोल्टेज के लिए हमें मिलता है:

(5)

मल्टीमीटर

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, डीसी मोड पर सेट मल्टीमीटर औसत वोल्टेज या करंट को मापता है। डिजिटल उपकरणों में यह औसत उपयोग करके प्राप्त किया जाता है आर.सी.-फ़िल्टर. इनपुट सिग्नल लगातार एक समय स्थिरांक पर औसत होता है। सूत्र के रूप में:

(6)

आरसी फ़िल्टर के साथ वोल्टेज औसत

ऊर्जा और शक्ति

समीकरण (3) से पता चलता है कि तात्कालिक वोल्टेज और करंट का उत्पाद तात्कालिक शक्ति है। यदि आप तात्कालिक शक्ति को अनंत समय से गुणा करके जोड़ते हैं, तो परिणाम ऊर्जा होता है। क्योंकि :

(7)

दरअसल, ऊर्जा समय से गुणा की गई शक्ति है: और कुल ऊर्जा की गणना के लिए ऊर्जा पैकेट को हमेशा जोड़ा जा सकता है।

उदाहरण के तौर पर, आइए फिर से एक प्रारंभ करनेवाला और एक अवरोधक का श्रृंखला कनेक्शन लें। नीचे दिए गए चित्र में, काली रेखा समय के साथ ऊर्जा की गतिशीलता को दर्शाती है, जिसकी गणना समीकरण (7) के अनुसार की गई है।

प्रत्यावर्ती ध्रुवता के वोल्टेज और धारा के मामले में शक्ति वक्र में भी दोगुनी आवृत्ति के साथ आयाम में आवधिक परिवर्तन होता है। क्योंकि ऊर्जा प्रतिरोध में नष्ट हो जाती है, शक्ति वक्र के सकारात्मक मूल्यों का ग्रे क्षेत्र नकारात्मक क्षेत्र से बड़ा होता है।

किसी भी समय ऊर्जा मान (काली रेखा) उस बिंदु तक शक्ति वक्र के अंतर्गत आने वाले क्षेत्र के बराबर होता है। यह स्पष्ट रूप से देखा गया है कि अक्ष के सापेक्ष शक्ति वक्र के आयाम विषमता के परिणामस्वरूप ऊर्जा समय-समय पर घटने से अधिक बढ़ती है।

यह चित्र समयावधि दर्शाता है। इस समय अंतराल के भीतर सिस्टम में प्रवेश करने वाली ऊर्जा को निम्नानुसार नामित और गणना की जाती है:

(8)

एक निश्चित अवधि में औसत शक्ति इस दौरान ऊर्जा की कुल मात्रा को माप समय से विभाजित करने के बराबर होती है:

(9)

यदि इसे समीकरण (8) में प्रतिस्थापित किया जाए, तो किसी के लिए भी औसत शक्ति की गणना की जा सकती है।

(10)

यह समीकरण (4) के अनुसार प्राप्त किया जाता है। सक्रिय शक्ति सदैव औसत शक्ति होती है।

औसत बिजली अपव्यय की गणना के लिए यह समीकरण हमेशा मान्य होता है क्योंकि गणना तात्कालिक मूल्यों पर आधारित होती है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि करंट DC है या AC, वोल्टेज और करंट तरंग रूप क्या दिखते हैं, या वोल्टेज और करंट के बीच कोई चरण बदलाव है या नहीं।

औसत शक्ति की गणना के लिए समीकरण बिजली मीटरों में प्रयुक्त विधि का आधार है। घरों और व्यवसायों में बिजली मीटर समीकरण (8) के अनुसार काम करते हैं, जिसे इस प्रकार फिर से लिखा जा सकता है:

(11)

इंटीग्रल में ऊपरी सीमा वह समय बिंदु है जिस पर ऊर्जा मीटर मूल्य पढ़ता है।

असरदार ( आरएमएस) मान

आरएमएस ( आरएमएस), या प्रभावी मान वोल्टेज या करंट का वह मान है जिस पर लोड में स्थिर वोल्टेज या करंट के समान ही शक्ति नष्ट होती है।
प्रभावी मूल्य के साथ वैकल्पिक वोल्टेज पर 230Vलोड पर उतनी ही मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न होगी जितनी स्थिर वोल्टेज पर 230V. प्रभावी मान केवल प्रतिरोधक भार के ताप अपव्यय को संदर्भित करता है। उदाहरण के लिए, मान आरएमएसकरंट एक तार (= प्रतिरोधक) में लोड के तहत वोल्टेज को मापने के लिए उपयोगी है, लेकिन नहींबैटरी या कैपेसिटर के चार्जिंग करंट (= इलेक्ट्रॉन प्रवाह) को मापने के लिए।

औसतद्विघात मान

आरएमएसका संक्षिप्त रूप है वर्गमूल औसत का वर्ग, जिसका शाब्दिक अर्थ मूल माध्य वर्ग होता है।

मूल्य की गणना करने के लिए समय के एक फ़ंक्शन के रूप में ओवर वोल्टेज या करंट आरएमएसतीन गणितीय संक्रियाएं क्रमिक रूप से की जाती हैं: वर्ग करना, औसत निकालना और वर्गमूल निकालना। ऐसा क्यों?

वोल्टेज स्रोत से जुड़े अवरोधक द्वारा जारी की गई शक्ति:

(12)

तात्कालिक बिजली और वोल्टेज के लिए:

(13)

समय के फलन के रूप में औसत शक्ति की गणना (10) में दिखाई गई है। हम (13) से प्राप्त कर सकते हैं:

(14)

चूँकि यह एक स्थिरांक है, इसे अभिन्न से बाहर निकाला जा सकता है:

(15)

वोल्टेज को समीकरण (12) में बाईं ओर ले जाकर, हम औसत शक्ति और प्रतिरोध से वोल्टेज की गणना कर सकते हैं:

(16)

फिर, हम गणना की गई औसत शक्ति को (15) से समीकरण (16) में प्रतिस्थापित करते हैं:

(17)

प्रतिरोध मूल्यों को कम करने पर, हमें मिलता है:

(18)

यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि इस समीकरण में तीन भाग होते हैं: वर्ग, औसत और वर्गमूल।

उपरोक्त गणना में, प्रतिरोधक पर वोल्टेज मान की गणना की गई थी। आप प्रतिरोधक के माध्यम से प्रवाहित धारा के लिए भी ऐसा ही कर सकते हैं:

(19)

अधिकांश मल्टीमीटर मापे गए वोल्टेज के प्रभावी मूल्य की गणना नहीं कर सकते हैं। आरएमएस मान का पता लगाने के लिए आमतौर पर एक विशेष उपकरण की आवश्यकता होती है।

नीचे दिया गया चित्र दिखाता है कि डिवाइस मापे गए वोल्टेज की गणना कैसे करता है सच्चा आरएमएस(सही आरएमएस मान)। सच्चा आरएमएसडिवाइस, व्यवहार में, ऑपरेशन की थोड़ी अलग विधि का उपयोग करता है, जिसमें केवल एक गुणक की आवश्यकता होती है। एनालॉग मल्टीप्लायरों में बहुत कम तापमान बहाव और ऑफसेट होना चाहिए, जो इन उपकरणों को काफी महंगा बनाता है।

आरएमएस मान प्राप्त करने के लिए एनालॉग सर्किट

इसके अलावा, आप गणना कर सकते हैं आरएमएसमापा वोल्टेज के अनुक्रमिक डिजिटल मूल्यों से प्रोग्रामेटिक रूप से। यह दृष्टिकोण आमतौर पर मल्टीमीटर और में उपयोग किया जाता है।

छद्म आरएमएस

अधिकांश मल्टीमीटर माप नहीं करते हैं आरएमएस-मान जब एसी मोड का चयन किया जाता है। हालाँकि, वे प्रत्यावर्ती वोल्टेज और धाराओं को मापते समय प्रभावी मान देते प्रतीत होते हैं। लेकिन प्रदर्शित मान केवल साइन तरंग माप के लिए मान्य हैं।

एक साधारण उपकरण पहले मापे गए सिग्नल को ठीक करता है। तब आर.सी.एक कम-पास फ़िल्टर औसत मान निकालता है, जिसे स्केल किया जाता है ताकि उपकरण प्रभावी मान प्रदर्शित करे। समीकरण रूप में:

(20)

इस दृष्टिकोण का नुकसान यह है कि यह केवल साइन तरंग संकेतों के लिए उपयुक्त है। कोई अन्य तरंगरूप ग़लत प्रभावी मान उत्पन्न करेगा।

मूल्यांकित शक्ति?

विशेष रूप से ऑडियो इंजीनियरिंग में, शब्द "पावर रेटिंग" या। परिभाषा के अनुसार यह एक मिथ्या नाम है।

थोड़ा ऊपर, ऊर्जा और शक्ति के बारे में बात करते हुए, यह दिखाया गया है कि ऑपरेटिंग पावर की गणना उस समय से विभाजित ऊर्जा की कुल मात्रा से की जाती है जिसके लिए इस ऊर्जा को मापा जाता है, समीकरण (9) देखें। कुल ऊर्जा सभी तात्कालिक ऊर्जा पैकेटों के योग द्वारा निर्धारित की जाती है, समीकरण (11​) देखें। सक्रिय शक्ति की गणना करने का यह एकमात्र सही तरीका है।

जैसा कि ऊपर कहा गया है, प्रभावी मान एक स्थिर वोल्टेज या करंट के बराबर है जो समान प्रतिरोध पर समान शक्ति उत्पन्न करेगा। इस सूचक की गणना तात्कालिक वोल्टेज (या करंट) के वर्ग के औसत मान के वर्गमूल के रूप में की जाती है। यह सोचने का कोई कारण नहीं है कि तात्कालिक शक्ति के लिए इन तीन गणितीय संक्रियाओं को निष्पादित किया जाना चाहिए। यह एक निरर्थक मूल्य होगा.