True rms что это

Маркировка True RMS на импортных измерительных приборах

27.08.12 9:57

Маркировка True RMS на импортных измерительных приборах инженер М.Б. БеловЗАО «ТЕККНОУ» На импортных средствах измерений можно встреть аббревиатуру «True RMS» или «TRMS». Причем в анонсах на прибор отмечается, что это является явным преимуществом в точности измерений реальных значений таких электрических величин, как напряжение и силы тока. Так что же означает эта сокращенная запись, какой ее физический смысл и в каких случаях вычисление этого параметра с помощью соответствующего измерительного прибора дает преимущества при проведении измерений? Попробуем разобраться в этом вопросе, не перегружая читателя математическими выкладками. Словосочетание «True RMS» — (True Root Mean Square) – дословный перевод — среднеквадратическое из мгновенных значений переменного тока или напряжения за период или за время измерений. Это означает, что прибор в процессе измерений предварительно преобразует входной периодический сигнал в постоянный (в виде постоянного тока или напряжения). При этом реализуется математический метод среднеквадратических преобразований. Основной принцип измерений переменного напряжения или силы тока в цифровых прибора реализуется на предварительном преобразовании переменного сигнала в постоянный, как представлено на рис.1. После блока аналого-цифрового преобразователя (АЦП) уровень аналогового выходного сигнала измеряется и индицируется на цифровом дисплее, как в приборе постоянного тока. От метода преобразований зависят и формы представления значений напряжений переменного тока:

Среднеквадратическое значение (оно же действительное, эффективное или True RMS).
Средневыпрямленное значение (Mean: average rectified).
Амплитудное значение (оно же пиковое, максимальное).

Шкалы или дисплеи цифровых вольтметров и амперметров переменного тока (кроме импульсных вольтметров) всегда градуируют в среднеквадратических значениях сигнала синусоидальной формы.

Импульсные (амплитудные, максимальные, пиковые) вольтметры градуируют в амплитудных значениях синусоидального сигнала. Функция импульсных измерений (ПИК, МАХ) может также включаться в состав комбинированных приборов – портативных мультиметров.

В практических измерениях напряжения и силы тока промышленной электросети 50 Гц (или специальной сети 400 Гц) применяются цифровые вольтметры и амперметры с преобразователями, реализующие методы среднеквадратических или средневыпрямленных преобразований. Амплитудные (пиковые) преобразователи используются для фиксации значений амплитуды выбросов, скачков напряжения или максимального напряжения за наблюдаемый интервал времени в процессе измерений.

Рассмотрим подробнее три основных типа преобразователей

1. Среднеквадратический (True RMS) — самый совершенный и дорогостоящий метод. Выходное напряжение преобразователя пропорционально среднеквадратическому (действующему, эффективному) значению измеренного напряжения (Uск, Urms). Осуществляется на основе термоэлектрических, диодных, транзисторных или оптронных преобразователей.

В этом случае на активной нагрузке численно равные значения постоянного и переменного тока совершают одинаковую работу.

Для понимания физического смысла измерений напряжения переменного тока в среднеквадратических значениях приведем простой пример: на нагревательном элементе за одинаковый интервал времени должно выделиться одинаковое количество теплоты, если запитать его от сети 220 В 50 Гц, или от сети 220 В пост. тока.

Кроме того, особенностью математического преобразования данного метода является то, что теоретически, он не зависит от формы периодического сигнала на входе преобразователя. Будь-то идеальная синусоидальная форма или сигнал с большими нелинейными искажениями, прямоугольная, треугольная, произвольная и т. п. – не имеет значения. В любом случае совершаемая работа численно равных по величине постоянного и переменного сигналов будет одинаковая.

В практических измерениях из-за ограниченных свойств элементной базы степень отличия от синусоидальной формы ограничивается коэффициентом амплитуды и максимальным значением напряжения на входе прибора. Допускаемый коэффициент амплитуды обязательно указывается в сопроводительной документации на измерительный прибор.

Недостатки

Низкая чувствительность (нижний предел, как правило, не ниже 1 В).
Большая инерционность, влияющая на быстродействие измерений.
Квадратичное построение числовой шкалы.
Низкая электрическая прочность.
Повышенная стоимость прибора.

Для устранения этих недостатков используются входные усилители, специальные методы линеаризации шкалы, отрицательную обратную связь и др., что приводит к удорожанию прибора.

Преимущества

Повышенная достоверность измерений.
Погрешность измерений не зависит от нелинейных искажений и формы сигнала.

Показания значений переменного тока и напряжения полностью эквивалентны постоянному, численно равны и не требуют внесения дополнительных коэффициентов преобразования.

Рекомендации по применению

Истинное RМS – единственно правильное измерение

Во многих коммерческих и промышленных установках происходят постоянные отключения защитных систем. Зачастую отключения кажутся случайными и необъяснимыми, но, конечно, причина существует, а в нашем случае их две. Первая возможная причина – это противотоки, которые возникают при включении некоторых видов нагрузки, например персональных компьютеров (этот вопрос будет рассмотрен в одной из будущих публикаций данного руководства). Второй возможной причиной является то, что реальный ток, протекающий по цепи, был недоизмерен, т. е. реальные значения тока выше измеренного.

Один ток – два значения. На фото показано измерение цепи с нелинейной нагрузкой с гармоническими искажениями. Показания измерителя истинного RMS (слева) правильны, а измерителя усредненных значений (справа) – на 32 % ниже.

Занижение значений измерения случается очень часто в современных установках. Но почему это происходит, если современные цифровые измерительные приборы так точны и надежны? Ответ заключается в том, что многие инструменты не подходят для измерения искаженных токов, а большинство токов в наши дни являются таковыми.

Искажения происходят из-за гармонических токов, производимых нелинейными нагрузками, особенно электронным оборудованием, таким как персональные компьютеры, флуоресцентными лампами с электронным балластом и регулируемым приводом. Процесс возникновения гармоник, а также их воздействие на электрические системы будет описываться в одной из будущих публикаций руководства (раздел 3.1). На рис. 3 изображена типичная кривая тока, потребляемого персональным компьютером. Очевидно, что это не синусоида, а стало быть все обычные синусоидные измерительные приборы и методы вычисления больше не применимы. Это означает, что при ремонте или анализе работы системы электроснабжения необходимо использовать приборы, которые могут измерять несинусоидальные токи и напряжения.

На рис. 1 изображены два измеряющих прибора (токовые клещи) на одной и той же цепи. Оба прибора работают правильно и откалиброваны по спецификациям производителя. Ключевое различие заключается в том, как измеряют данные инструменты.

Левый прибор является устройством измерения истинного RMS, а правый – это калиброванный прибор, измеряющий усредненный RMS. Для того чтобы оценить разницу, необходимо понять, что означает RMS.

Что такое RMS?

Среднеквадратичная величина (RMS) переменного тока – это величина, эквивалентная значению постоянного тока, который производил бы такое же количество теплоты при фиксированной нагрузке. Количество теплоты, производимой в резисторе переменным током, пропорционально квадрату тока, усредненного по полному циклу кривой. Другими словами, производимая теплота пропорциональна среднему значению квадрата, и, таким образом, величина тока пропорциональна корню среднеквадратичного значения (полярность не имеет значения, т. к. квадрат всегда положителен).

Типичная кривая тока, потребляемого персональным компьютером

Для правильной синусоиды (рис. 2) величина RMS составляет 0,707 от максимального значения, или максимальное значение равно √2, или 1,414, от значения RMS. То есть максимальное значение 1-амперного RMS тока чистой синусоиды будет равно 1,414 А. Если амплитуда синусоиды усредняется (с преобразованием отрицательной половины цикла), среднее значение будет равно 0,636 от максимального или 0,9 от значения RMS. На рис. 2 показаны две важных пропорции:

При измерении правильной синусоиды (и только для правильной синусоиды) правомерно делать простое измерение среднего значения (0,636 х максимум) и умножать результат на коэффициент формы, равный 1,111 (что составит 0,707 от максимума), и назвать его RMS-величиной. Подобный подход используется в аналоговых измерительных приборах, где усреднение осуществляется путем инерции и гашения колебаний в катушке индуктивности, а также во всех старых и более современных цифровых универсальных измерительных приборах. Метод описывается как измерение, усредненное, RMS-калиброванное.

Проблема заключается в том, что этот метод работает только для правильных синусоид, которые не существуют в реальных электроустановках. Кривая на рис. 3 – это типичная кривая тока, потребляемого персональным компьютером. Точное RMS-значение все еще равно 1 А, но максимальное значение гораздо выше – 2,6 А, а среднее значение гораздо ниже – 0,55 А.

Если эта кривая измеряется усредняющим RMS-прибором, то она будет читаться как 0,61 А, в то время как реальная величина равна 1 А (т. е. почти на 40 % меньше). В таблице приведены некоторые примеры того, как два различных типа измерителей реагируют на различные формы волн.

В измерителе истинного RMS берется квадрат моментальной величины входящего тока, усредняется по времени, а затем на дисплее показывается квадратный корень от этого среднего значения. При идеальных условиях применения показания абсолютно точны, какая бы ни была кривая. Однако применение никогда не бывает идеальным, и следует принимать во внимание два ограничивающих фактора: частотную характеристику и коэффициент амплитуды.

Для функционирования систем электроснабжения обычно достаточно произвести измерения до 50-й гармоники, т. е. до частоты приблизительно в 2 500 Гц. Максимальное значение амплитуды, пропорция между максимальным значением и RMS-значением очень важны. Более высокие значения максимальной амплитуды требуют приборы с более широким динамическим диапазоном, а следовательно, более высокой точности в преобразовании диаграммы.

Несмотря на то что приборы дают различные показания при измерени искаженных кривых, показания обоих приборов совпадут при измерении правильной синусоиды. Это условие, при котором они калибруются, т. е. каждый тип измерительного прибора может быть сертифицирован как калиброванный, но только для использования на синусоидах.

Счетчики истинного RMS появились по крайней мере 30 лет назад, но они были специализированными и относительно дорогими приборами. Достижения в электронике привели к тому, что функции истинного RMS-измерения встраиваются во многие переносные мультиметры. К сожалению, эта техническая характеристика встречается только в наиболее современных продуктах большинства производителей, но при этом они не так дороги, как раньше, и стали доступными инструментами для использования в повседневной деятельности.

Тип измерения мультиметра	Реакция на синусоиду	Реакция на прямоуголь- ное колебание	Реакция на однофазный диодный выпрямитель	Реакция на трехфазный диодный выпрямитель
	Усредненное RMS	Правильная	На 10 % выше	На 40 % ниже	На 5–30 % ниже
Истинное RMS	Правильная	Правильная	Правильная	Правильная

Последствия заниженного замера

Эксплуатационные ограничения большинства элементов электрической цепи определяются количеством тепла, которое может быть рассеяно с тем, чтобы элемент или компонент не перегрелся.

Номиналы допустимых значений тока для кабелей, к примеру, приводятся для определенных условий эксплуатации (фактор, определяющий, насколько быстро может происходить отвод тепла) и максимальной допустимой рабочей температуры. Так как гармонически загрязненные токи имеют большее значение RMS, чем то, которое замеряется счетчиком усредненного RMS, примененные провода и кабели могут иметь недостаточные номиналы и будут работать более нагретыми, чем ожидалось. Результатом будет разрушение изоляции, преждевременный износ и опасность пожара.

Размерность шины измеряется путем подсчета соотношения скорости охлаждения конвекцией и излучения, а также скорости нагрева из-за потерь сопротивления. Температура, при которой эти скорости равны, является рабочей температурой шины, или она спроектирована так, чтобы рабочая температура была достаточно низкой для избежания преждевременного износа изоляционных и опорных материалов. Как и в случае с кабелями, ошибки при измерении истинного RMS-значения приведут к более высоким рабочим температурам. Вследствие того что шины обычно имеют значительные размеры, поверхностный эффект более очевиден, чем в маленьких проводниках.

Это приводит к еще большему увеличению температуры.

Другие компоненты электрической системы, такие как плавкие предохранители и тепловые элементы автоматов отключения оцениваются в токе RMS, потому что их характеристики имеют отношение к рассеиванию теплоты. Это является основной причиной раздражающих псевдоаварийных отключений – сила тока выше ожидаемой, поэтому автомат отключения функционирует в температурном режиме, при котором отключения будут происходить неминуемо. Как при любом перерыве в подаче электроэнергии, стоимость сбоя из-за аварийного отключения может быть довольно высокой и повлечь за собой потерю данных в компьютерных системах, сбои в работе систем управления технологическими процессами и т. д. Эти вопросы будут обсуждаться в будущих публикациях руководства (раздел 2)

Таким образом, только с помощью инструментов измерения истинного RMS возможен точный выбор номиналов кабелей, шин, фидеров и защитной аппаратуры. Важным является вопрос, является ли данное устройство прибором измерения истинного RMS? Обычно, если счетчик является измерителем истинного RMS, это указывается в спецификации продукта. Практически ответ может быть получен путем сравнения показаний известного усредняющего измерителя (как правило, самого дешевого, который может быть в распоряжении) и предполагаемого измерителя истинного RMS при замере тока в нелинейной нагрузке, например, тока от персонального компьютера с током лампы накаливания. Оба измерителя покажут одинаковую силу тока для нагрузки лампы накаливания. Если один из приборов имеет значительно более высокие показатели (скажем на 20 % выше) для нагрузки персонального компьютера, чем для другой нагрузки, тогда, вероятно, он является прибором истинного RMS, а если показания одинаковы – приборы относятся к одному и тому же типу.

Заключение

RMS-замеры важны для любой установки, в которой имеется значительное число нелинейных нагрузок (персональные компьютеры, электронные балласты, компактные флуоресцентные лампы и т. д.). Усредняющие RMS-измерители дают недомер до 40 %, что приводит к недооценке номиналов кабелей и защитных устройств. Это грозит сбоями в их работе, аварийными отключениями и преждевременным износом.

Нелишне помнить и о том, что при функционировании в режимах нерасчетной электрической и, главное, тепловой нагрузки, вызванной недооценкой истинных значений токов в результате недомера, снижается общая энергоэффективность электроустановки.

Перепечатано с сокращениями из издания Европейского института меди

«Прикладное руководство по качеству электроэнергии»

Перевод с английского Е. В. Мельниковой

Редактор перевода В. С. Ионов

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.

V&A производит приборы уже много лет, компания всегда остается верной своей миссии, создания высококачественных приборов и продуктов, которые отвечают потребностям своих клиентов.

Приборы с функцией True RMS, что это, для чего и надо ли.

Давным-давно, когда приборы были простыми, а блоки питания трансформаторными, характеристика потребляемого тока у таких приборов была синусоидальной.
В этом случае среднеквадратичное квадратичное значение тока(RMS — та самая величина, которая подразумевается, когда говорят о значениях переменного тока) определяется прибором следующим образом:
Выпрямление переменного тока
Определение среднего значения выпрямленного тока
Приводим к среднеквадратичному значению, умножая на коэффициент 1,1

С тех пор, благодаря развитию технологий и повышению энергоэффективности, появились более сложные устройства и импульсные блоки питания, у которых характеристики потребляемого тока и рабочего напряжения — не синусоидальные. Однако обычные бытовые измерительные приборы, без функции True RMS меряют ток и напряжение — так же как и раньше, через идеальную синусоиду, предполагая что нагрузка — линейна. В результате чего возможны как существенные занижения (порядка 50%), так и завышения (в пределах до 10%) значений, в зависимости от характера нагрузки.
Плохо ли это и почему. Конечно плохо, особенно если измеренные значения заниженны относительно истинных.
Например для кабеля существуют эксплуатационные ограничения по температуре — соответственно, если элементы будут подобраны исходя из заниженных измерений — будет иметь место перегрев и, как следствие, ускоренный износ, повреждение изоляции и опасность возгорания.
Для автоматов отключения — это тоже немаловажный фактор. Из-за заниженных значений автомат будет работать в условиях, когда сила тока — выше, чем предполагаемая, а соответственно другой температурный режим работы — что будет вызывать «ложные»(с точки зрения обычного измерительного прибора) срабатывания автоматического выключателя.

А как же тогда получить значение тока и напряжения? Для этого и существуют приборы с функцией True RMS(истинного среднеквадратичного значения)