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Valore medio, valore di picco, valore efficace 2/2

voltmetro Valore medio, valore di picco, valore efficace

Quindi se si misurano segnali di forma d’onda sinusoidale la misura del valore efficace è corretta, viceversa non lo è se il segnale ha una diversa forma d’onda. Tenete presente che si incorre in questo tipo di errore anche se si tratta di una forma sinusoidale distorta, cosa che si verifica quando si misura la massima tensione fornita da un amplificatore di potenza su un carico fittizio, in quanto in queste condizioni il segnale generalmente è distorto (Fig. 4) ed il valore che si legge non corrisponde al VALORE EFFICACE del segnale.

Voltmetro analogico con sonda di picco

Il voltmetro con sonda di picco è uno strumento di misura che viene ancora usato per misurare segnali a RF; ebbene anche in questo caso si possono avere sorprese nel constatare letture diverse rispetto ad uno strumento tipo TRUE RMS nel caso in cui il segnale non sia perfettamente sinusoidale. Infatti il principio su cui si basa il voltmetro con sonda di picco è quello di avere un voltmetro perDCad elevatissima impedenza di ingresso che misura la tensione all’uscita di un rivelatore di picco (Fig. 5) .

Se si ipotizza un rivelatore ideale la tensione DC coincide con il valore di picco del segnale in ingresso, che in regime sinusoidale non è altro che il valore massimo Vp della sinusoide. La tensione che il voltmetro misura è quindi il VALORE MASSIMO della sinusoide (da qui il nome di VOLTMETRO A VALORE DI PICCO o DI CRESTA).

Anche in questo caso, una lettura in termini di Vp sarebbe poco significativa in quanto normalmente si intende conoscere il VALORE EFFICACE del segnale sinusoidale. Occorre pertanto tarare la scala del voltmetro in continua nel corrispondente valore efficace della sinusoide che, come è ben noto, vale

voltmetro_formula4.

e quindi per poter leggere direttamente il VALORE EFFICACE della sinusoide, i valori della scala del voltmetro sono tutti moltiplicati per il fattore

voltmetro_formula5

Anche il voltmetro con sonda di picco dà l’indicazione del VALORE EFFICACE SOLO NEL CASO IN CUI IL SEGNALE È UNA SINUSOIDE IDEALE (Fig. 6 e Fig. 7).

segnale_sinusoidale_ingresso

sinusoide_distorta_schema

Voltmetro analogico o numerico TRUE RMS

Come è noto il valore efficace di un segnale V(t) periodico di periodo T vale

voltmetro_formula6

termine anglosassone RMS (ROOT MEAN SQUARE). I voltmetri cosiddetti TRUE RMS (a vero valore efficace) sono strumenti che qualunque sia la forma d’onda, mediante un circuito di conversione, dal segnale AC ricavano una componente continua proporzionale al valore efficace (Fig. 8).

voltmetro_true_rms_schema

Il voltmetro per continua misura quindi il VERO VALORE EFFICACE DEL SEGNALE. Non è questa la sede per approfondire il funzionamento di questi circuiti di conversione, ma per soddisfare la vostra curiosità, può bastare sapere che in passato sono stati sfruttati gli effetti elettromeccanici delle forze prodotte da campi magnetici generati della corrente AC che percorre una bobina o su materiali ferromagnetici o interagenti con quelli prodotti da altre bobine percorse da corrente. Più recentemente sono stati utilizzati gli effetti termici dovuti alla potenza dissipata da una corrente AC su un resistore. Il concetto che è alla base del funzionamento di questi voltmetri a conversione elettro-termica è descritto sinteticamente nel seguito e rappresentato in Fig. 9.

voltmetro_conversione_elettrotermica_schema

Se si applica una tensione V(t), di cui si vuole misurare il VALORE EFFICACE, a un resistore R, questo, per l’effetto Joule, si riscalda aumentando la sua temperatura dal valore ambiente Ta ad un valore T’, e l’aumento di temperatura (T’- Ta) è proporzionale alla potenza dissipata. Un altro resistore R’ viene scaldato applicandogli una tensione continua VDC da parte di un sistema di regolazione automatica che sente la differenza di temperatura tra i due resistori. Quando R’ raggiunge la stessa temperatura di R, la potenza dissipata dai due resistori, nelle ipotesi di una uguaglianza dei coefficienti di dissipazione termica dei due resistori, è la stessa, cioè:

voltmetro_formula7

Assumendo uguali i valori delle resistenze R=R’ risulta VDC=Veff Il voltmetro in DC che misura la tensione continua ai capi del generatore variabile, fornisce direttamente la tensione efficace Veff del segnale Vi(t). Un’ultima considerazione riguarda il misuratore di differenza di temperature che può essere un sistema a termocoppia oppure più vantaggiosamente un “chip” che integra i resistori R e R’ in un amplificatore differenziale in cui i due resistori, posti a contatto termico delle giunzioni dei transistori ne variano la temperatura fornendo in uscita dello stadio differenziale una tensione di errore proporzionale allo squilibrio termico.

Tale tensione di errore è utilizzata per controllare la tensione continua VDC che riscalda R’. Conclusioni Con queste note spero che vi risulti chiarito il motivo per cui misurando la stessa grandezza non puramente sinusoidale con tre tipi di strumenti diversi potete trovare valori non compatibili tra di loro con delle variazioni ben superiori a quello che ci si aspetterebbe in base all’accuratezza degli strumenti di misura, per cui chi si occupa di misure non deve mai fidarsi delle apparenze..

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