มิเตอร์อ่านแรงดันกระเพื่อมน้อยเพราะสัญญาณต่ำหรือความถี่เกินย่าน

การอ่านส่วน AC ได้เล็กน้อยบนแหล่งเลี้ยงไม่ได้ยืนยันว่าแหล่งนั้นสะอาดทุกความถี่ มิเตอร์แต่ละเครื่องรับสัญญาณผ่านทางวัดที่มีการตอบสนองตามความถี่ และสเปกความแม่นยำอาจเปลี่ยนตามช่วงความถี่ด้วย การตัดสินจากตัวเลขอย่างเดียวจึงเสี่ยงพลาดส่วนกระเพื่อมที่เร็วกว่าเครื่องจะรับได้ บทความนี้เน้นวิธีตรวจขอบเขตเครื่องด้วยสัญญาณแรงดันต่ำที่ควบคุมได้

ช่วงความถี่ที่รับรองไม่ใช่ตัวเลขตกแต่งตาราง

เมื่อผู้ผลิตระบุความแม่นยำ AC ให้มองหาร่วมกันทั้งช่วงแอมพลิจูดและช่วงความถี่ เครื่องอาจแสดงตัวเลขนอกช่วงรับรองได้ แต่การแสดงไม่เท่ากับรับรองความผิดพลาดนั้น ยิ่งใกล้ขอบต่ำหรือขอบสูง การรอให้อ่านนิ่งหรือเลือกย่านเหมาะสมเพียงอย่างเดียวอาจไม่ทำให้ผลกลับเข้าเกณฑ์ ต้องตรวจหมายเหตุความถี่ของโหมดที่ใช้จริง

แบนด์วิดท์ที่นิยามจากจุดลดลง 3 dB ในระบบหนึ่งหมายถึงแอมพลิจูดไซน์เหลือประมาณ 0.707 ของค่าอ้างอิง ไม่ใช่จุดที่ยังอ่านได้ถูกภายในไม่กี่เปอร์เซ็นต์ และไม่ควรนำคำนิยามนี้ไปเหมารวมกับช่วงความแม่นยำที่ผู้ผลิตมิเตอร์ให้เป็นตาราง หากต้องการความแม่นยำต้องใช้ตารางรับรอง ไม่ใช้แค่ความถี่สูงสุดที่เครื่องยังตอบสนอง

1. 1
   สัญญาณรวม

   แต่ละองค์ประกอบความถี่ร่วมสร้างค่า RMS ต้นทาง

2. 2
   ทางเข้าเครื่อง

   แบนด์วิดท์กำหนดการส่งผ่านของแต่ละความถี่

3. 3
   คำนวณหลังกรอง

   เครื่องคำนวณจากสัญญาณที่เหลือ ไม่ใช่ต้นทางที่ยังไม่ถูกลดทอน

4. 4
   เทียบอ้างอิง

   ตรวจอัตราส่วนต่อแหล่งอ้างอิงในแต่ละความถี่

RMS หลังทางวัดอาจต่ำลงเพราะองค์ประกอบเร็วถูกลดทอน

ตัวอย่างสมมติ: สัญญาณไม่เปลี่ยนแต่ตัวกรองทำให้ค่าเล็กลง

เพื่อฝึกคิด ให้ทางวัดเป็นตัวกรองความถี่ต่ำผ่านลำดับหนึ่งอุดมคติที่มีความถี่ตัด fc และอัตราขยายขนาด |H(f)| = 1/√[1+(f/fc)²] ถ้าใส่ไซน์ RMS 100 mV ที่ f = 0.1fc จะเห็นประมาณ 99.5 mV ที่ f = fc จะเหลือประมาณ 70.7 mV และที่ f = 10fc จะเหลือประมาณ 9.95 mV การอ่านลดลงจึงเกิดได้ทั้งที่แหล่งสัญญาณยังมีขนาดเดิม

แบบจำลองนี้ไม่ได้บอกว่ามิเตอร์จริงทุกตัวเป็นตัวกรองลำดับหนึ่ง และไม่ได้ให้ตัวคูณแก้สเปกนอกย่าน เครื่องจริงอาจมีหลายขั้วกรอง เปลี่ยนการตอบสนองตามย่าน หรือมีการประมวลผลเพิ่มเติม จุดประสงค์คือแสดงเหตุผลว่าต้องรู้ทางวัดก่อนตีความผลต่ำ ถ้าจะชดเชยข้อมูลต้องมีแบบจำลองที่ตรวจสอบกับระบบจริงและประเมินความไม่แน่นอนด้วย ไม่ใช้สูตรตัวอย่างคูณย้อนอย่างเดียว

ฮาร์มอนิกทำให้ความถี่ซ้ำต่ำยังมีส่วนที่เครื่องรับไม่ครบ

สมมติสัญญาณเป็นผลรวมไซน์สององค์ประกอบที่ความถี่ f และ 3f โดยมี RMS 80 mV และ 60 mV ตามลำดับ เมื่อเฉลี่ยครบคาบร่วมและไม่มี DC ค่า RMS รวมคือ √(80²+60²) = 100 mV ถ้าทางวัดรับองค์ประกอบแรกครบแต่ลดองค์ประกอบที่สองเหลือครึ่งหนึ่ง จะคำนวณจากสัญญาณหลังกรองได้ √(80²+30²) ประมาณ 85.44 mV ต่ำลงเกือบ 14.6%

การรู้ว่าความถี่หลัก f อยู่ในช่วงมิเตอร์จึงยังไม่พอสำหรับคลื่นที่ไม่ใช่ไซน์ เพราะส่วนที่ 3f หรือความถี่สูงกว่านั้นมีพลังงานร่วมอยู่ การตรวจรูปคลื่นเบื้องต้นช่วยบอกว่ามีขอบเร็วหรือความผิดรูปมากเพียงใด แต่การประเมินเชิงปริมาณต้องมีระบบเก็บที่ครอบคลุมความถี่และยอดอย่างเหมาะสม ไม่ใช้ภาพที่ผ่านตัวกรองหนักอยู่แล้วเป็นหลักฐานว่าสัญญาณเดิมไม่มีฮาร์มอนิก

1. 1
   ต้นทาง

   RMS รวม √(80²+60²) = 100 mV

2. 2
   ผ่านทางวัด

   องค์ประกอบแรกคง 80 mV แต่อีกองค์ประกอบเหลือ 30 mV

3. 3
   ผลที่คำนวณ

   √(80²+30²) ≈ 85.44 mV

4. 4
   ความหมาย

   ต่ำลงประมาณ 14.6% จากการลดทอน ไม่จำเป็นต้องเป็นแหล่งสัญญาณลด

ตัวอย่างสมมติไซน์ต่างความถี่ที่เฉลี่ยครบคาบร่วม

นำไปใช้กวาดความถี่อย่างควบคุมตัวแปร

1. ใช้เครื่องกำเนิดแรงดันต่ำในขอบเขตของทั้งแหล่งและมิเตอร์ เริ่มด้วยไซน์แทนคลื่นขอบเร็วเพื่อแยกการตอบสนองตามความถี่ให้ง่าย
2. คงขนาดที่จุดต่อจริงและออฟเซตไว้ กวาดความถี่เฉพาะช่วงที่ตั้งใจศึกษา พร้อมจดค่าที่อ่านหลังรอเหมาะสม
3. ตรวจแหล่งอ้างอิงด้วยระบบที่มีขอบเขตกว้างพอ เพราะแอมพลิจูดเอาต์พุตแหล่งกำเนิดอาจเปลี่ยนตามความถี่และโหลด
4. ล็อกย่านเมื่อเหมาะสมและบันทึกว่าตัวกรองเสริมเปิดหรือปิด ไม่เปลี่ยนสองอย่างพร้อมความถี่โดยไม่ระบุ
5. แยกผลภายในช่วงรับรองออกจากผลสำรวจนอกช่วง และไม่ใช้ผลนอกช่วงมาตัดสินว่าเครื่องผิดสเปก

การบันทึกควรมีอัตราส่วนค่าอ่านต่อค่าอ้างอิงในแต่ละความถี่ ไม่ใช่เพียงค่าที่อ่าน เพราะการเปลี่ยนของแหล่งจะปะปนกับการเปลี่ยนของมิเตอร์ สมมติอ่านจากมิเตอร์ลด 10% แต่แหล่งอ้างอิงลด 8% ด้วย ส่วนที่ต่างจริงของทางวัดอาจน้อยกว่าที่เห็นจากตัวเลขเดี่ยวมาก อย่างไรก็ตาม เครื่องอ้างอิงเองก็มีข้อกำหนด จึงต้องบอกขอบเขตการเปรียบเทียบเสมอ

ข้อผิดพลาดจากตัวกรองที่ตั้งใจตัดรายละเอียด

มิเตอร์บางรุ่นมีตัวกรองความถี่ต่ำผ่านสำหรับเลือกวัดส่วนพื้นฐานของสัญญาณ เมื่อเปิดตัวกรองแล้วค่า AC ลดลง อาจเป็นผลที่คาดจากการตัดฮาร์มอนิก ไม่ใช่หลักฐานว่าแหล่งจ่ายเปลี่ยนหรือซ่อมดีขึ้น การเปรียบเทียบก่อนหลังต้องใช้สถานะตัวกรองเดียวกัน หรือรายงานแยกเป็นคนละปริมาณ ไม่สลับใช้ค่าที่ต่ำกว่าเพราะดูน่าพอใจ

ด้านความถี่ต่ำก็มีข้อจำกัด โหมดที่ตัด DC ออกอาจลดองค์ประกอบที่เปลี่ยนช้ามาก และการวัดที่ยังไม่รอครบอาจแกว่งตามตำแหน่งของคาบ ค่าเฉลี่ยที่นิ่งหลังรอนานไม่ได้ยืนยันว่าเครื่องรับคลื่นความถี่ต่ำถูกต้อง หากอยู่นอกขอบรับรองควรใช้การบันทึกแรงดันตามเวลาแล้ววิเคราะห์ด้วยหน้าต่างที่เหมาะสมแทนการฝืนตีความจากตัวเลข AC

ตรวจสอบผลและตั้งขอบเขตคำว่ากระเพื่อมต่ำ

ข้อความสรุปควรระบุว่าแรงดันกระเพื่อมต่ำในช่วงความถี่และโหมดที่ตรวจ ไม่ใช้คำว่าปราศจากเสียงรบกวนทั้งหมด ถ้าคำถามเกี่ยวกับขอบเร็วหรือยอดสั้น ต้องเพิ่มการบันทึกที่ตอบด้านเวลานั้นโดยตรง และคงข้อมูลที่ไม่ได้กรองไว้สำหรับตรวจเหตุการณ์ ถ้ามีเพียงมิเตอร์ความถี่จำกัดก็ยังรายงานผลได้ แต่ต้องจำกัดข้อสรุปตามหลักฐาน

ตัวอย่างบันทึกที่มีประโยชน์คือระบุผลไซน์อ้างอิงที่ระดับคงที่สามความถี่ พร้อมย่านและตัวกรอง หากผลคลาดจากข้อกำหนดภายในช่วงรับรอง ให้ตรวจการตั้งโหลดของแหล่ง สายวัด และการรอนิ่งก่อนพิจารณาตรวจสอบเครื่อง ส่วนความต่างนอกช่วงที่ออกแบบไว้เป็นข้อมูลช่วยเลือกเครื่องมือสำหรับงานครั้งต่อไป ไม่ใช่ผลสอบเทียบที่ครอบคลุมทุกการใช้งาน