Czy ufasz odczytom swojego miernika?

rys.1 Przebieg prądu w obciążeniu liniowym

Jeśli kiedykolwiek doświadczyłeś przepalenia się bezpiecznika bez żadnej oczywistej przyczyny, być może było to właśnie konsekwencją błędnych wskazań miernika.

Mierniki reagujące na wartość średnią

Mówiąc o natężeniu prądu przemiennego, zazwyczaj mamy na myśli jego wartość skuteczną RMS (Root Mean Square), czyli taką, która w ciągu pojedynczego okresu wywoła na obciążeniu ten sam efekt cieplny, co przepływ prądu stałego o tej samej wartości. Najpopularniejszą metodą pomiaru wartości skutecznej jest wyprostowanie prądu przemiennego, wyznaczenie wartości średniej przebiegu wyprostowanego i pomnożenie wyniku przez współczynnik 1,1. Współczynnik ten reprezentuje zależność pomiędzy wartością średnią i skuteczną idealnego przebiegu sinusoidalnego. Jednak w przypadku, gdy wejściowy przebieg nie jest idealną sinusoidą, powyższa zależność nie jest prawdziwa. To właśnie jest powodem błędnych wyników wskazań w przypadku mierników reagujących na wartość średnią prądu.

Obciążenia liniowe i nieliniowe

rys.2 Przebieg prądu w obciążeniu nieliniowym

Obciążenia liniowe - składające się wyłącznie z rezystorów, cewek i kondensatorów - zawsze pobierają prąd sinusoidalny, tak więc w ich przypadku nie występuje zasygnalizowany wyżej problem pomiarowy (rys. 1). W przypadku obciążeń nieliniowych, np. napędów o regulowanej prędkości obrotowej czy urządzeń biurowych, pobierany prąd ulega odkształceniom (rys. 2). Pomiar wartości skutecznej takiego przebiegu w przypadku miernika reagującego na wartość średnią prądu daje odczyty zbyt niskie, nawet do 50% (tabela 1). To właśnie wyjaśnia możliwość przepalania się z „niewyjaśnionych” przyczyn 14-amperowych bezpieczników przy zmierzonym prądzie wynoszącym zaledwie 10A.

Rzeczywista wartość skuteczna (True RMS)

W celu poprawnego pomiaru wartości skutecznej prądu należałoby wcześniej zarejestrować i obejrzeć jego kształt. Miernik reagujący na wartość średnią może być wykorzystany wyłącznie w przypadku idealnej fali sinusoidalnej. W innych przypadkach jedynym rozwiązaniem zapewniającym dokładny pomiar jest zastosowanie miernika rzeczywistej wartości skutecznej (True RMS). Nowoczesne mierniki True RMS korzystają ze specjalnych elektronicznych technik pomiaru pozwalających na precyzyjne wyznaczenie wartości skutecznej prądu zarówno w przypadku przebiegów sinusoidalnych, jak i odkształconych.

rys.3 Zależności pomiędzy współczynnikiem szczytu oraz wartością szczytową, średnią i skuteczną

Współczynnik szczytu

Jednym z istotnych parametrów, które należy wziąć pod uwagę, wybierając miernik True RMS, jest współczynnik szczytu (crest factor). Mówi on o stopniu odkształcenia przebiegu i jest definiowany jako iloraz wartości szczytowej do wartości skutecznej (rys. 3). Dla idealnej sinusoidy współczynnik szczytu wynosi 1,414 i jest tym większy, im bardziej jest odkształcony sygnał (rys. 4). Oznacza to, że miernik True RMS o współczynniku szczytu równym 1,5 w dalszym ciągu nie będzie mierzył poprawnie wartości skutecznej przebiegów silnie odkształconych i może być wykorzystany tylko do pomiaru przebiegów niewiele odbiegających kształtem od idealnej sinusoidy. Do większości zastosowań związanych z pomiarem mocy wystarczające są mierniki o współczynniku szczytu rzędu 3.

Pasmo

Innym ważnym parametrem, ściśle związanym ze współczynnikiem szczytu jest pasmo miernika. Odnosi się do zakresu częstotliwości prądu przemiennego, dla których miernik umożliwia przeprowadzenie precyzyjnego pomiaru. Należy pamiętać o tym, że np. w przypadku odkształconego przebiegu o częstotliwości sieciowej 50Hz w widmie oprócz częstotliwości podstawowej występuje też szereg mniejszych prążków na częstotliwościach

rys. 4 Przebieg prądu pobieranego przez komputer PC

harmonicznych. Przykładowo, widmo prądu pobieranego przez komputer PC, którego kształt przedstawiono na rysunku 5, zawiera harmoniczne na częstotliwościach 150Hz, 250Hz i 350Hz. W tym wypadku pomiar przeprowadzony z wykorzystaniem miernika o paśmie 50Hz będzie obarczony tym samym błędem, jak dla miernika reagującego na wartość średnią, gdyż przyrząd nie będzie w stanie zarejestrować składowych o częstotliwościach wyższych od 50Hz. Do pomiaru mocy w większości zastosowań przemysłowych i komercyjnych wymagany jest miernik o paśmie wynoszącym co najmniej 1 kHz.

Bezpieczeństwo

W przypadku pomiaru parametrów systemów zasilających należy wykorzystywać mierniki o dopuszczalnym napięciu wejściowym wynoszącym co najmniej 600V. Należy jednak pamiętać o ryzyku pojawienia się na wejściu miernika niespodziewanych, dużych skoków napięcia wynikających z przepięć i innych problemów występujących w sieci zasilającej. Wystarczający poziom bezpieczeństwa w różnych warunkach pracy zapewni miernik spełniający wymogi normy EN- 61010-1 w kategorii III. Firma Fluke, jako lider w zakresie produkcji wszelkiego typu narzędzi testowych, dostarcza szeroką gamę przyrządów True RMS, w tym zarówno mierników cęgowych, jak i multimetrów ogólnego zastosowania. Przyrządy te zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa, zarówno dla użytkownika, jak i dla własnych obwodów elektronicznych.