เวลาอินทิเกรตกับการลดสัญญาณรบกวนของมิเตอร์ตั้งโต๊ะ

หนึ่งค่าที่อ่านมีระยะเวลาอยู่ข้างใน

มิเตอร์ตั้งโต๊ะที่ใช้การอินทิเกรตไม่ได้ตัดสินค่าแรงดันจากจุดเวลาเดียว แต่ใช้สัญญาณตลอดหน้าต่างเวลาหนึ่งในการสร้างผลอ่าน การตั้ง NPLC กำหนดความยาวหน้าต่างโดยอ้างจำนวนคาบของความถี่ไฟฟ้าที่เครื่องใช้เป็นฐาน จึงเป็นวิธีเชื่อมการเลือกความเร็วกับการลดสัญญาณรบกวนตามคาบ ต้องตรวจว่าฟังก์ชันที่ใช้อยู่รองรับการตั้งนี้หรือไม่ เพราะโหมดกระแสตรงและโหมดสลับอาจใช้กระบวนการวัดต่างกัน

การเพิ่มเวลาอินทิเกรตช่วยเฉลี่ยความแกว่งบางชนิด แต่ยังกระจายการเปลี่ยนแปลงจริงของวงจรไปในผลอ่านด้วย ดังนั้นเลขที่นิ่งขึ้นไม่ได้บอกทันทีว่าสัญญาณจริงนิ่งขึ้น สิ่งที่เครื่องแสดงคือผลของสัญญาณผ่านวิธีวัดที่เลือก หากสนใจระดับกระแสตรงคงตัวกับหากสนใจแรงดันตกสั้น ๆ การตั้งที่เหมาะสมอาจต่างกันมาก แม้ใช้จุดวัดเดียวกัน

1. 1
   กำหนดฐาน

   ตรวจว่าเครื่องใช้ 50 หรือ 60 Hz และตรวจจับอย่างไร

2. 2
   แปลงเวลา

   T = NPLC/f เช่น 1 NPLC ที่ 50 Hz เท่ากับ 20 ms

3. 3
   สร้างค่าอ่าน

   ใช้สัญญาณในหน้าต่าง ไม่ใช่ค่าจุดเดียว

4. 4
   เวลารวม

   ช่วงระหว่างแถวอาจยาวกว่า T เพราะขั้นตอนอื่นของเครื่อง

การครบคาบช่วยลดรบกวนตามฐานความถี่ แต่ทำให้เหตุการณ์สั้นถูกเฉลี่ยด้วย

แปลงจำนวนคาบให้เป็นเวลาจริง

ความสัมพันธ์พื้นฐานคือเวลาอินทิเกรต T เท่ากับ NPLC หารด้วยความถี่ฐาน f ถ้าใช้ฐาน 50 Hz หนึ่งคาบยาว 20 ms ดังนั้น 0.1 NPLC เท่ากับ 2 ms, 1 NPLC เท่ากับ 20 ms และ 10 NPLC เท่ากับ 200 ms ส่วนฐาน 60 Hz หนึ่ง NPLC ยาวประมาณ 16.667 ms ต้องตรวจการตรวจจับความถี่อัตโนมัติหรือค่าที่ตั้งเองตามรุ่นก่อนนำตัวเลขไปใช้

เวลาอินทิเกรตไม่เท่ากับเวลาระหว่างแถวบันทึกเสมอไป เพราะยังอาจมีเวลารอ การวัดศูนย์ การเปลี่ยนย่าน การประมวลผล และการสื่อสาร ตัวอย่างสมมติหน้าต่าง 20 ms บวกเวลาส่วนอื่น 5 ms ทำให้หนึ่งรอบยาว 25 ms หรือได้สูงสุด 40 รอบต่อวินาทีภายใต้แบบจำลองนี้ ไม่ใช่ 50 รอบต่อวินาทีที่ได้จากการกลับค่าเวลาอินทิเกรตอย่างเดียว

เหตุใดการครบคาบช่วยลดรบกวน

สำหรับแบบจำลองเฉลี่ยสม่ำเสมอ สัญญาณไซน์ที่ครบรอบมีส่วนบวกและลบหักล้างกัน หากแรงดันที่ต้องการเป็นกระแสตรงบวกเสียงรบกวนไซน์ 50 Hz การเฉลี่ยครบ 20 ms จะทำให้ส่วนไซน์มีค่าเฉลี่ยศูนย์ในอุดมคติ โดยไม่ขึ้นกับว่าจะเริ่มที่เฟสใด การเฉลี่ยสองหรือสิบคาบก็มีหลักการเดียวกัน แต่เครื่องจริงยังมีข้อจำกัดของความถี่ ความแม่นของเวลา และทางเข้าที่ต้องดูข้อกำหนดการปฏิเสธรบกวน

การตั้งให้ครบคาบของฐานผิดความถี่อาจไม่หักล้างรบกวนที่มีจริง ตัวอย่างหน้าต่าง 16.667 ms ไม่ครบคาบของไซน์ 50 Hz ซึ่งยาว 20 ms ผลจึงขึ้นกับเฟสเริ่มด้วย ไม่ควรคาดว่าตั้งหนึ่ง NPLC แล้วตัดทุกสัญญาณรบกวนได้ทั้งหมด โดยเฉพาะรบกวนที่ไม่สัมพันธ์กับความถี่ฐานหรือมีการเปลี่ยนแปลงเร็ว นอกจากนี้ออฟเซ็ตกระแสตรงก็ไม่ได้หายไปด้วยการเฉลี่ยครบคาบ

1. 1
   สัญญาณ

   ปกติ 3.000 V ลดเป็น 2.800 V นาน 2 ms

2. 2
   หน้าต่าง 20 ms

   (3.000 × 18 + 2.800 × 2)/20 = 2.980 V

3. 3
   หน้าต่าง 200 ms

   ค่าเฉลี่ย 2.998 V ลดเพียง 2 mV

4. 4
   สิ่งที่พิสูจน์

   เลขนิ่งขึ้นจากการเฉลี่ย ไม่ได้แปลว่าพัลส์หายจากวงจร

ตัวอย่างสมมติหน้าต่างเฉลี่ยสม่ำเสมอและพัลส์อยู่ครบภายในหน้าต่าง

ตัวอย่างสมมติของพัลส์ที่ถูกเฉลี่ย

สมมติแรงดันชุดฝึกปกติ 3.000 V และลดเป็น 2.800 V นาน 2 ms ถ้าพัลส์อยู่ทั้งหมดภายในหน้าต่างเฉลี่ยสม่ำเสมอ 20 ms ค่าอ่านของหน้าต่างนั้นคือ (3.000 × 18 + 2.800 × 2)/20 = 2.980 V เครื่องจึงแสดงลดเพียง 20 mV ทั้งที่ระดับต่ำสุดจริงในแบบจำลองลด 200 mV ตัวอย่างนี้อธิบายผลของการเฉลี่ย ไม่ได้อ้างว่ามิเตอร์ทุกเครื่องใช้หน้าต่างสี่เหลี่ยมหรือแสดงค่าตามนี้ทุกครั้ง

ถ้าขยายหน้าต่างเป็น 200 ms โดยพัลส์ยังยาว 2 ms และอยู่ครบในหน้าต่าง ค่าเฉลี่ยจะเป็น 2.998 V หรือเปลี่ยนเพียง 2 mV ส่วนการย่อหน้าต่างเป็น 2 ms อาจเห็น 2.800 V ได้ถ้าทั้งหน้าต่างอยู่ในช่วงต่ำ แต่ถ้าพัลส์แบ่งข้ามสองหน้าต่างหรืออยู่ในช่องว่างระหว่างการอ่าน ผลจะต่างออกไป จึงต้องตรวจทั้งความยาวหน้าต่าง ตำแหน่งเวลา และความต่อเนื่องก่อนอ้างว่าจับพัลส์ได้

ในอีกโจทย์หนึ่ง หากต้องการวัดแรงดันคงตัวหลังภาระเข้าที่ การเฉลี่ยยาวอาจเหมาะกว่า เพราะลดความแกว่งที่ไม่เกี่ยวกับระดับคงตัวได้ การเลือกจึงไม่ได้จัดอันดับว่ายิ่งเร็วหรือยิ่งช้ายิ่งดี แต่ต้องบอกก่อนว่าปริมาณที่ต้องรายงานคือค่าเฉลี่ยในช่วงใด หรือระดับต่ำสุดของเหตุการณ์ใด ซึ่งเป็นคนละปริมาณทางการวัด

วิธีตั้งและข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

1. กำหนดว่าต้องการค่าคงตัวหรือความเปลี่ยนแปลง พร้อมระยะเวลาสั้นที่สุดที่ต้องแยก
2. ตรวจความถี่ฐานและค่าที่เครื่องรองรับ แล้วคำนวณเวลาอินทิเกรตเป็นวินาทีหรือมิลลิวินาที
3. คงย่านและฟังก์ชันที่เหมาะสมเพื่อให้เปรียบเทียบผลจากเวลาอินทิเกรตได้ตรงกัน
4. เก็บค่าที่หน้าต่างสั้นและยาวจากลำดับทดสอบที่ทำซ้ำได้ โดยจดเวลารอและ Auto Zero ด้วย
5. ตรวจระยะเวลาจริงของไฟล์และสัญญาณอ้างอิงก่อนเลือกค่าตั้งสำหรับการทดลองหลัก

อย่าสับสนการเฉลี่ยหลายค่าหลังวัดกับการอินทิเกรตยาวหนึ่งค่า แม้เวลารวมเท่ากันแต่ช่องว่าง น้ำหนัก และจุดเริ่มหน้าต่างอาจต่างกัน การใช้ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ในโปรแกรมอาจทำให้กราฟเรียบโดยไม่แก้การพลาดเหตุการณ์ที่เครื่องไม่ได้เก็บ การเพิ่มจำนวนหลักบนหน้าจอยังอาจทำให้เครื่องเปลี่ยนเวลาอินทิเกรตตามการออกแบบ จึงควรตรวจค่าจริงหลังเปลี่ยนความละเอียด

การตั้ง Aperture เป็นเวลาตรงช่วยเมื่อต้องการหน้าต่างเฉพาะ แต่ต้องคำนวณความสัมพันธ์กับรบกวนเอง และเครื่องอาจสลับสถานะกับ NPLC ตามคู่มือ ไม่ควรสมมติว่าค่าทั้งสองทำงานบวกกัน การตั้งที่ใช้ได้กับโหมดแรงดันตรงก็ไม่จำเป็นต้องใช้กับแรงดันสลับหรือการวัดความถี่ในวิธีเดียวกัน ควรอ่านข้อกำหนดของฟังก์ชันที่กำลังใช้แทนการคัดคำสั่งจากตัวอย่างอื่น

ตรวจว่าความนิ่งมาจากวงจรหรือหน้าต่างวัด

ใช้สัญญาณฝึกแรงดันต่ำที่มีระดับคงตัวและพัลส์ที่รู้ระยะ แยกทดสอบสองอย่างนี้ เพื่อยืนยันว่าเวลาที่เลือกให้ค่าคงตัวดีเพียงใดและลดทอนพัลส์อย่างไร หากกราฟนิ่งเมื่อเพิ่ม NPLC แต่ระบบอ้างอิงยังเห็นพัลส์ ให้สรุปว่าการวัดเฉลี่ยมากขึ้น ไม่ใช่วงจรหยุดมีพัลส์ การตรวจนี้ทำให้การเลือกเครื่องมือในขั้นต่อไปมีเหตุผลชัดเจน

รายงานผลควรระบุ NPLC ความถี่ฐาน เวลาอินทิเกรตที่คำนวณ โหมดและย่าน รวมถึงช่วงบันทึกจริง หากใช้ข้อมูลเพื่อบอกว่าไม่พบอาการ ต้องจำกัดคำกล่าวให้ตรงกับความยาวเหตุการณ์ที่ตรวจได้ การเก็บค่าเฉลี่ย 200 ms เป็นเวลานานไม่ทดแทนการจับยอด 2 ms และการเก็บเร็วมากก็ไม่ยืนยันความแม่นยำของระดับคงตัวหากยังไม่จัดการรบกวน