數位電表ACV、DCV的測量原理2_true rms電表part1

我們在上一篇確認了9V電池會量到18V的原因

但用另一台電表卻又是0，why??

這台其實是true rms電表，設計原理和一般電表不同

在測量ACV的時候不是用公式去換算

而是真實測量每個時間點的電壓

再去做方均根(RMS)的轉換

因此這種電表理論上不需將AC訊號先整成直流訊號(因為不是取平均值)

但很多時候交流訊號內還是會加雜直流訊號，例如音響或放大電路等

由於這兩種的取樣方式不同

為了更精準的測量，會先將AC和DC的訊號分離

再分別計算RMS之後利用以下的公式得到total_rms

但這種電表太高檔了，絕對不是我買的這個

因此為簡化計算流程

通常會預設測量交流電時，直流的雜訊不多(事實上日常使用也都是如此)

在交流電進入之前加上一個電容濾除掉可能的DC訊號

如下示意圖

這樣就可以更精準讀取交流電壓來換算RMS

因此當我們利用ACV檔位測量9V電池時

電容幾乎隔絕掉全部的DC訊號

因此測量出來就會是"0"了

既然都做到這樣了

我們就進一步利用true rms電表的ACV檔來測量半波整流和全波整流的電壓

看看會發生甚麼事

實驗結果如下表

用AC整流出來的DC並不像標準直流電量出來是0

就算可以量到電壓，感覺上全波整流後的電壓應該要比較高

但實測卻是半波整流的電壓偏高

搞甚麼飛機!!

待續...

數位電表ACV、DCV的測量原理1_一般電表

某次上課時學生問我

「老師~~，我量出來的方型電池怎麼有18V的電壓？」

神奇了，我湊過去一看馬上就發現問題

原來是切到ACV的檔位了

但為甚麼切到ACV檔位量9V電池會有18V？

這就有趣了~~

我先切到DCV檔位，確認這顆電池的電壓為8.58V

再拿了另外一支電表，同樣切到ACV

結果量出來竟然是0

這就值得研究看看了

首先要先從電表如何測量DCV和ACV開始說起

數位電表在測量DCV時是採用平均值(AVG)

測量ACV時是採用有效值(RMS)

相關的詳細說明可以看這幾篇，就不再重述了

因為我們預期測量ACV的時機只有市電

因此一般電表會預設為標準正弦波

但為了讓輸入的訊號為直流電

因此會採用半波整流，這樣才能抓到平均值

電路示意圖如下

讓AC電源通過D1後再進入IC或表頭

下一瞬間的不同方向電流則通過D2回去

因此實際進入三用電表的電壓為半波直流電

電表讀取這個半波直流電的平均值再換算成標準正弦波的RMS

積分的過程就不說了

結論就是這兩個的波形因數大約就是2.22

因此若我們切到ACV測量標準9V電池的直流電

測量出來的電壓就會是 8.58*2.22=19.05V(實測為18.3V)

當然只有這樣實驗是不行的

我們再試試將交流電半波整流後輸入ACV看看

原本的ACV電壓為12.5V

半波整流後理論上電壓的有效值為8.84V(根號2/2)

測量出來卻和原本的電壓相同，12.0V

減少的0.5V，大約就是二極體的壓降

這和我們剛剛說明輸入電表為半波的結論是相同的

所以如果我們輸入的是全波整流後的DC

理論上電壓有效值和原先的交流電應該是一樣

但電表抓到的是全波整流後的平均值

換算之後就變成理論值的兩倍

測量結果為23.2V

減少的1.8V大約就是兩支二極體的壓降

原來這就是我們會測量到9V電池變成18V的原因!!

那"0"又是怎麼回事？

待續...

測量動摩擦

最大靜摩擦的測量很簡單，一張小紙片就能搞定

但動摩擦就麻煩了

因為要等速拉著物體還要觀察彈簧秤讀數幾乎是不可能的

某天在跑步機上突然出現了一個靈感

如果物體(和彈簧秤)不動呢!!

於是底下的裝置就出現了

用氣球支架來當輸送帶的骨架

上面的跑帶用砂布來接

滾輪的部分也包上砂紙，摩擦力要夠才能帶動跑帶

中間放一張厚紙板當支撐架，跑帶才不會沉下去

利用磁鐵方便裝卸

重物的部分用墊片，很容易可以改變重量

其中一面貼上紙膠帶就可以改變接觸面的性質

直接看影片才清楚

動摩擦原則上會保持定值

但跑帶接縫處很難平整

所以帶動墊片時會發生漸歇性跳動的現象，也會稍微影響動摩擦的數值

但基本上還是可以分辨的

實驗結果如下

墊片*2，粗糙面，總重27.39g，動摩擦約13gw

墊片*2，光滑面，總重27.39g，動摩擦約7gw

墊片*2，磁鐵*1，光滑面，總重40.22g，動摩擦約17gw

墊片*3，磁鐵*1，光滑面，總重53.92g，動摩擦約23gw

目前要做到正向力和動摩擦成正比還是有困難的...

直流霍爾感應馬達

慢慢建立家電醫生的所有模型

課程就會更豐富了

之前介紹過許多不同種類的馬達

同時也建立了相關的模型

其中直流感應馬達，電路原理可以先看這篇

但實際做出來是甚麼樣子？

只有電路理論的東西無法說服人

做出來才是王道~~

原本的電路是兩組線圈交錯導通

因此每90度就加速一次

我們只是要做出教具

因此先做一組線圈來表示就好

電路圖如下

基本上轉子就是永磁

當S極靠近霍爾的時候會給G極高電位導通FET

FET的DS極並聯LED和線圈

線圈導通後上方感應出為S極

就會將永磁排斥使得轉子旋轉

LED可以同時觀察導通的狀態

線圈和霍爾的相對位置就決定了轉子的旋轉方向

霍爾必須在線圈的前方

也就是說若轉子逆時針旋轉

線圈在7點鐘，霍爾就要在5點鐘位置

若轉子順時針旋轉

線圈在5點鐘，霍爾就要在7點鐘位置

這樣才能在慣性作用下有一個推力讓轉子持續轉動

但不能用吸引的方式

因為轉子很可能最後就會停在線圈上方

實際製作時要將霍爾的鐵腳換成銅腳

這樣磁鐵通過時才不會造成吸引

做好像這樣

影片如下

後記

再將霍爾改成可調整位置

就能控制轉動方向了