Molti degli errori associati alle misure di tensione dc si applicano anche alle misure di tensione ac. Vengono qui descritti altri errori che si riferiscono unicamente alle misure di tensione ac.
Errori del fattore di cresta (ingresso non sinusoidale) Un errore comune è credere che “siccome il DMM interno è true RMS, le sue specifiche di precisione per onda sinusoidale si appliccano a tutte le forme d’onda”. In realtà la forma del segnale in ingresso può influire molto sulla precisione della misura. Un modo comune di descrivere le forme d’onda del segnale è il fattore di cresta. Il fattore di cresta è il rapporto tra il valore di picco e il valore RMS di una forma d’onda.
Per un treno di impulsi, per esempio, il fattore di cresta è prossimo alla radice quadrata dell’inverso del duty cycle come riportato nella tabella a pagina 360. In generale, maggiore è il fattore di cresta maggiore è l’energia contenuta nelle armoniche di frequenza superiore. Tutti i multimetri presentano errori di misura dipendenti dal fattore di cresta. Gli errori del fattore di cresta sono riportati nelle specifiche del capitolo 9, a pagina 407.
Si noti che gli errori del fattore di cresta non si applicano ai segnali in ingresso inferiori a 100 Hz quando si utilizza il filtro ac lento.
Gli errori di misura dovuti al fattore di cresta del segnale possono essere valutati nel seguente modo:
Errore Totale = Erroresinus. + Errorefattore di cresta + Erroreampiez.banda Dove:
Erroresinus. = Precisione dell’onda sinusoidale del DMM (vedere pagina 406) Errorefattore di cresta =Fattore di cresta del DMM (vedere pagina 407) Erroreampiez.banda = Errore dell’ampiezza di banda valutato come segue:
Erroreampiez.banda = – C.F.
2 x F 4 π x BW
Dove:
C.F. = fattore di cresta del segnale (vedere la tabella a pagina 360) F = frequenza del segnale in ingresso fondamentale
BW = ampiezza di banda a -3 dB del DMM (1 MHz per l’HP 34970A)
Esempio: Calcolo dell’errore di misura
Calcolare l’errore di valore approssimativo dell’ingresso di un treno di impulsi con fattore di cresta 3 e una frequenza fondamentale di 20 kHz.
Il DMM interno è impostato sul range 1 V. In questo caso utilizzare le specifiche di precisione a 90 giorni di ± (0,05% della lettura + 0,04% del range), come riportato nel capitolo 9, a pagina 406.
Erroresinus. = ±(0,05% + 0,04%) = ±0,09%
Errorefattore di cresta = 0,15%
Erroreampiez.banda = – 3
2 x 20000
4 x 3.14159 x 1000000 * 100 = 1,4%
Errore totale = 0,09% + 0,15% + 1,4% = 1,6%
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Errori di caricamento AC Nella funzione di tensione ac, l’ingresso del DMM interno appare come una resistenza di 1 MΩ in parallelo con 150 pF di capacità. Anche il cablaggio utilizzato per collegare i segnali allo strumento apporta un carico e una capacità aggiuntivi. La tabella riporta la resistenza di ingresso approssimativa a varie frequenze.
Frequenz. ingresso Resistenz. ingresso 100 Hz
1 kHz 10 kHz 100 kHz
700 kΩ 600 kΩ 100 kΩ 10 kΩ
Per basse frequenze:
Errore (%) = − 100 x Rs
Rs+ 1 M Ω
Errore aggiuntivo per alte frequenze:
Errore (%) = 100 x
1
√ 1 + ( 2 π x F x Rs x Cin ) 2 − 1
F = Frequenza di ingresso
Rs = Resistenza della sorgente
Cin = Capacità di ingresso (150 pF) + capacità del cavo
Per misurare segnali ac ad alta frequenza utilizzare cavi a bassa capacità (vedere pagina 336).
Errori di misura AC di basso livello Quando si misurano tensioni ac inferiori a 100 mV, è opportuno tenere presente che queste misure sono particolarmente soggette a errori introdotti da sorgenti estranee di rumore. Un conduttore non schermato fa da antenna e il DMM interno misura i segnali ricevuti. L’intero percorso di misura, inclusa la linea di alimentazione, fa da antenna. Le correnti che circolano nel circuito creano tensioni di errore attraverso tutte le impedenze in serie all’ingresso dello strumento. Per questo motivo, è necessario collegare tensioni ac di basso livello allo strumento attraverso cavi schermati.
Occorre anche collegare la schermatura al morsetto LO di ingresso.
Assicurarsi di ridurre al minimo l’area degli anelli di massa che non possono essere evitati. Una sorgente ad alta impedenza è più soggetta a rumori di una sorgente a bassa impedenza. Si può ridurre l’impedenza ad alta frequenza di una sorgente collocando un condensatore in parallelo ai morsetti di ingresso dello strumento. Occorre fare qualche prova per determinare il valore di capacità ottimale per l’applicazione.
La maggior parte del rumore estraneo non è correlata al segnale in ingresso. Si può individuare l’errore come segue.
Tensione misurata = √ Vin2 + Rumore 2
Il rumore correlato, sebbene raro, è particolarmente dannoso. Il rumore correlato va sempre ad aggiungersi direttamente al segnale in ingresso.
La misura di un segnale di basso livello con la stessa frequenza della linea di alimentazione locale è una tipica situazione che favorisce il verificarsi di questo errore.
Occorre fare particolare attenzione quando si commutano segnali di alto e basso livello sullo stesso modulo. Le tensioni di alto livello caricate su un canale possono scaricarsi su un canale di basso livello. Si consiglia di usare due moduli diversi oppure di separare i segnali di alto livello dai segnali di basso livello con un canale inutilizzato collegato a terra.
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Misure inferiori al fondo scala Le misure ac più precise possono essere effettuate quando il DMM interno è al fondo scala del range selezionato. La scelta del range automatico interviene al 10% e 120% del fondo scala. Ciò permette di misurare alcuni ingressi a fondo scala su un range e al 10% del fondo scala sul range immediatamente superiore. Si noti che la precisione della misura è nei due casi molto diversa. Per ottenere la massima precisione, occorre usare la scelta del range manuale selezionando il range più basso possibile per la misura.
Coefficiente di temperatura e errori di sovraccarico Il DMM interno utilizza una tecnica di misura ac che misura e rimuove
periodicamente le tensioni dell’offset interno quando vengono selezionati una funzione o un range diversi. Quando si esegue la scelta del range manuale impostando un nuovo range in condizione di sovraccarico, la misura dell’offset interno può essere degradata per il range selezionato.
In genere, si può introdurre un ulteriore 0,01% di errore di range. Tale errore aggiuntivo permane fino alla rimozione periodica successiva (in genere 15 minuti).