เครื่องมือและการวัด

เลือกโหมดแรงดันกระแสตรงหรือกระแสสลับตามคำถามที่ต้องการตอบ

ทำความเข้าใจส่วนค่าเฉลี่ยและส่วนแปรผันของแรงดันเดียวกันด้วยไซน์บนออฟเซตและพัลส์สมมติ พร้อมการตรวจโหมดก่อนเปรียบเทียบผลจากเครื่องมือ

จุดวัดเดียวสามารถให้ตัวเลขต่างกันในโหมด DC และ AC โดยที่มิเตอร์ไม่ได้เสีย เพราะเครื่องกำลังรายงานคนละส่วนของสัญญาณ การเห็นแหล่งเลี้ยงมีค่ากระแสตรงครบจึงยังไม่ตอบว่าแรงดันนิ่งเพียงใด และการเห็นค่า AC ต่ำก็ไม่ยืนยันว่าระดับกระแสตรงถูกต้อง ก่อนตีความต้องระบุว่าต้องการทราบระดับเฉลี่ย ความแปรผัน หรือค่าประสิทธิผลรวม

แยกแรงดันเป็นส่วนค่าเฉลี่ยและส่วนที่แกว่งรอบค่าเฉลี่ย

เขียนสัญญาณที่กำลังศึกษาเป็น v(t) = Vdc + vac(t) โดย Vdc คือค่าเฉลี่ยตลอดช่วงที่กำหนด และส่วน vac มีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์เมื่อใช้ช่วงเดียวกัน โหมดแรงดันกระแสตรงของมิเตอร์มักใช้ประเมินส่วนค่าเฉลี่ยภายใต้เวลาตอบสนองของมัน ส่วนโหมดกระแสสลับของหลายรุ่นตัดส่วนกระแสตรงแล้วหาค่าประสิทธิผลของส่วนที่เหลือ แต่ต้องตรวจนิยามของเครื่องจริง เพราะบางโหมดรวมทั้งสองส่วนหรือใช้วิธีตอบสนองค่าเฉลี่ย

คำว่า AC บนหน้าจอจึงไม่พอให้สรุปว่าเป็นค่าประสิทธิผลจริงหรือรวมกระแสตรงแล้ว การเลือกอัตโนมัติอาจตัดสินตามขนาดสัญญาณและเกณฑ์ภายใน จึงยิ่งต้องดูสัญลักษณ์ที่แสดงจริงหลังต่อวัด หากกำลังเปรียบเทียบก่อนหลังบนชุดทดลอง ควรเลือกฟังก์ชันเดียวกันและตั้งเงื่อนไขเวลาเหมือนกัน ไม่ปล่อยให้เครื่องสลับนิยามของตัวเลขโดยไม่บันทึก

ภาพอธิบาย 1แยก DC ออกจากส่วนสลับ
  1. ค่าเฉลี่ย

    โหมด DC ใช้ศึกษาระดับเฉลี่ยของสัญญาณตามวิธีวัด

  2. ส่วน AC

    การวัดแบบตัด DC ศึกษาความแกว่งรอบค่าเฉลี่ย

  3. ค่ารวม

    RMS รวมพิจารณาทั้งส่วน DC และ AC

  4. ตรวจนิยาม

    อ่าน coupling และช่วงความถี่ก่อนเทียบตัวเลข

ค่าจากคนละโหมดอาจถูกพร้อมกัน เพราะตอบคนละปริมาณ

ตัวอย่างสมมติ: แรงดัน 3 V มีไซน์เล็กซ้อนอยู่

สมมติแหล่งกำเนิดแรงดันต่ำสร้าง v(t) = 3.00 + 0.20 sin(2πft) V โดยเก็บครบจำนวนคาบและความถี่อยู่ในช่วงที่เครื่องวัดได้ ส่วน DC คือ 3.00 V ยอดบนคือ 3.20 V ยอดล่างคือ 2.80 V และแรงดันยอดถึงยอดคือ 0.40 V ส่วน AC มีค่าประสิทธิผล 0.20/√2 หรือประมาณ 0.1414 V ตัวเลข 3.00 และ 0.1414 จึงเป็นคำตอบที่เข้ากันได้สำหรับคนละคำถาม

ถ้าต้องการค่าประสิทธิผลรวมทั้งสัญญาณ ให้คำนวณ √(3.00² + 0.1414²) ประมาณ 3.0033 V ไม่ใช่นำ 3.00 บวก 0.1414 ตรง ๆ ความสัมพันธ์นี้ใช้เมื่อส่วน AC มีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์และค่าทั้งสองอ้างช่วงสัญญาณเดียวกัน หากแหล่งเปลี่ยนระหว่างวัดคนละโหมด การนำสองตัวเลขมารวมอาจไม่มีความหมาย จึงควรใช้แหล่งคงที่หรือบันทึกพร้อมกันด้วยวิธีที่เหมาะสม

ตัวอย่างพัลส์แสดงว่าค่าเฉลี่ยไม่บอกรูปคลื่น

ให้พัลส์สมมติสลับระหว่าง 0 กับ 4 V มีช่วงสูง 25% ของคาบ ค่าเฉลี่ยคือ 1 V แต่ไม่ได้หมายความว่าที่จุดนั้นมีแรงดันนิ่ง 1 V ค่าประสิทธิผลรวมเป็น 4√0.25 = 2 V และค่าประสิทธิผลของส่วน AC เป็น √(2²−1²) = √3 หรือประมาณ 1.732 V การอ่าน DC ได้ 1 V เพียงอย่างเดียวจึงยังแยกแหล่งนิ่ง 1 V ออกจากพัลส์แบบนี้ไม่ได้

ถ้าคำถามคือพัลส์ไปถึงระดับที่คาดหรือไม่ ต้องดูรูปคลื่น ยอด และช่วงเวลา ไม่ใช้ค่าเฉลี่ยเป็นตัวแทนทั้งหมด หากคำถามคือส่วนแปรผันเพิ่มขึ้นหรือไม่ ค่า AC ภายใต้ย่านความถี่ที่ถูกต้องอาจช่วยเปรียบเทียบได้ ส่วนการคำนวณความร้อนในตัวต้านทานต้องใช้ค่าประสิทธิผลรวม การเลือกเครื่องมือจึงตามปริมาณที่ต้องการตัดสิน ไม่ตามชื่อว่าแหล่งนั้นเป็นวงจรกระแสตรง

ภาพอธิบาย 2พัลส์ 0–4 V ที่สูงหนึ่งในสี่คาบ
  1. รูปพัลส์

    ระดับ 4 V นาน 25% และ 0 V ในเวลาที่เหลือ

  2. DC

    ค่าเฉลี่ย 4 × 0.25 = 1 V

  3. RMS รวม

    4√0.25 = 2 V

  4. AC RMS

    √(2²−1²) = √3 ≈ 1.732 V หลังหัก DC

ตัวอย่างสมมติแสดงสามคำตอบจากคลื่นเดียวกัน

นำไปใช้วางลำดับการอ่านโดยไม่สับสนหน่วย

  1. เริ่มด้วยการจดว่าต้องการค่าเฉลี่ย ค่าประสิทธิผลของส่วนแปรผัน หรือรูปยอดสัญญาณ แล้วหานิยามโหมดในคู่มือ
  2. สำหรับชุดฝึกแรงดันต่ำ ตรวจค่ากระแสตรงในย่านที่รองรับระดับรวม ก่อนเปลี่ยนโหมดให้แน่ใจว่าไม่ได้เปลี่ยนช่องเสียบไปเป็นกระแส
  3. อ่านส่วน AC พร้อมความถี่โดยประมาณและเวลารอ ถ้ารูปคลื่นไม่ใช่ไซน์ต้องตรวจความสามารถค่าประสิทธิผลจริงและข้อจำกัดยอดคลื่น
  4. หากต้องรวม DC กับ AC ให้ใช้ค่าที่ได้จากสภาวะเดียวกัน และระบุชัดว่าผลรวมเป็นการคำนวณไม่ใช่ค่าที่อ่านตรง
  5. หากผลไม่สอดคล้อง ให้ตรวจรูปคลื่นด้วยระบบวัดที่อยู่ในพิกัดเพื่อแยกความผิดพลาดจากโหมดออกจากพฤติกรรมแหล่ง

ข้อผิดพลาดเมื่อสัญญาณช้าหรือเปลี่ยนเพียงครั้งเดียว

โหมด AC มีขอบเขตความถี่ด้านต่ำด้วย หากแรงดันค่อย ๆ เปลี่ยนในเวลาหลายวินาที เครื่องที่ออกแบบอ่านกระแสสลับในช่วงความถี่สูงกว่านั้นอาจรายงานต่ำหรือไม่นิ่ง การอ่านไม่ได้แปลว่าความเปลี่ยนแปลงช้านั้นไม่มีอยู่ การเปลี่ยนระดับครั้งเดียวอาจทำให้ส่วนตัดกระแสตรงตอบสนองชั่วคราวแล้วค่อยหายไป จึงไม่ควรนำยอดระหว่างเปลี่ยนโหมดไปเทียบกับค่าคงที่ที่รอแล้ว

อย่านำค่า AC ที่ระบุเป็น RMS ไปเทียบตรงกับตัวเลขยอดถึงยอดจากออสซิลโลสโคป สำหรับไซน์เท่านั้นที่มีความสัมพันธ์ยอดถึงยอดเท่ากับ 2√2 เท่าของ RMS ของส่วน AC รูปพัลส์หรือคลื่นผิดรูปใช้ตัวคูณนี้ไม่ได้ การรายงานว่าเครื่องหนึ่งอ่านมากกว่าอีกเครื่องจึงต้องตรวจชนิดปริมาณก่อนหาความผิดพลาดของอุปกรณ์

ตรวจสอบผลด้วยสัญญาณที่แยกส่วนได้

สร้างชุดตรวจสามภาวะบนเครื่องกำเนิดแรงดันต่ำที่ทราบขอบเขต ได้แก่ ระดับ DC ล้วน ไซน์สมมาตรรอบศูนย์ และไซน์เดิมบนออฟเซตที่อยู่ในพิกัด ภาวะแรกใช้ดูว่าการอ่าน AC หลังรอนิ่งใกล้พื้นเสียงรบกวนเพียงใด ภาวะที่สองใช้ตรวจว่าค่า DC ใกล้ศูนย์ตามข้อจำกัดเครื่อง ภาวะที่สามใช้ตรวจว่าส่วน AC ยังอยู่ระดับเดิมเมื่อเพิ่มออฟเซตโดยไม่ทำให้อินพุตเกินช่วง

ถ้าส่วน AC เปลี่ยนมากหลังเพิ่มออฟเซต ให้ตรวจข้อกำหนด DC ที่ยอมให้ซ้อนบนย่าน AC ความสามารถของเครื่องกำเนิด และการคลิปก่อนสรุปว่าการแยกส่วนผิด หลักฐานควรเก็บทั้งการตั้งเครื่องกำเนิดและรูปสัญญาณถึงอินพุตจริง เพราะการตั้งโหลดเอาต์พุตไม่ตรงกับการต่ออาจทำให้ระดับที่จุดวัดต่างจากหน้าจอแหล่งได้

บันทึกที่ดีใช้ชื่อปริมาณเต็ม เช่น แรงดัน DC เฉลี่ยประมาณ 3.00 V และส่วน AC แบบค่าประสิทธิผลประมาณ 0.141 V พร้อมเงื่อนไขความถี่ ไม่ย่อเหลือเพียงไฟ 3 V ปกติ หากยังไม่ได้วัดยอดหรือเหตุการณ์สั้น ก็ไม่เพิ่มข้อสรุปว่าไม่มีแรงดันกระชาก เพราะการเลือกสองโหมดนี้อย่างถูกต้องยังไม่ทดแทนการบันทึกตามเวลา

แหล่งอ้างอิงและอ่านเพิ่มเติม

เรียบเรียงคำอธิบายและตัวอย่างขึ้นใหม่จากหลักการในแหล่งข้อมูลต่อไปนี้

  1. Tip 1: Understand True RMS Measurements · Keysight Technologies
  2. How to use a digital multimeter · Keysight Technologies

อ่านต่อเรื่องใกล้กัน

ถามเรื่องหนังสือ ตะกร้า