True RMS AC meter schakeling

Daar zit hem de kneep. Met al die schakelende voedingen en niet-lineaire verbruikers is de netspanning nog zelden een sinus.

[Bericht gewijzigd door KlaasZ op (13%)]

Even door een filter trekken. Als ik met een oude AVO8 de netspanning meet klopt dat nog prima. Zo beroerd is de netspanning nu ook weer niet. Het gros van de hobbyisten heeft geen TRMS multimeter en al die meters kunnen prima de netspanning meten. Heb je er wel eens een scoop aangehangen ?

Maar als de TS het leuk vind dit te bouwen moet hij het vooral doen.

Diode D9 is overbodig.
Is het niet handiger om de twee ledjes van de optokoppelaar gewoon in serie te zetten? Dan weet je zeker dat de stroom door de led van de ene optokoppelaar altijd gelijk is aan de stroom door de led van de andere optokoppelaar.
(En het spaart je een weerstand van 1kΩ en nog een paar mW energieverbruik)
Schakeling staat of valt met de kwaliteit van de gebruikte optokoppelaars.
De transferrate van de optokoppelaars moeten in het gebruiksgebied gelijk aan elkaar zijn, of als dat niet zo is moet de verhouding van de transferrate van beide optokoppelaars in het gehele gebruiksgebied constant zijn.

Op 21 december 2022 16:37:06 schreef fred101:
Even door een filter trekken. Als ik met een oude AVO8 de netspanning meet klopt dat nog prima. Zo beroerd is de netspanning nu ook weer niet. Het gros van de hobbyisten heeft geen TRMS multimeter en al die meters kunnen prima de netspanning meten. Heb je er wel eens een scoop aangehangen ?

Ik hang er inderdaad wel eens een scoop aan. En meestal zie ik dan een sinus met een afgeplatte top. Ik heb ook meerdere meters waar ik de netspanning mee kan meten, maar de vraag is of die dan de echte RMS weergeven. Denk het niet.

Op 21 december 2022 22:41:04 schreef KlaasZ:
En meestal zie ik dan een sinus met een afgeplatte top.

Dan mis je over een klein deel van de sinusperiode een paar volt. Uitgesmeerd over de gehele (virtuele) sinus zal je daar weinig van terugvinden.

Op 22 december 2022 18:37:06 schreef ohm pi:
[...]. Uitgesmeerd over de gehele (virtuele) sinus zal je daar weinig van terugvinden.

dat uitsmeren mag je hier niet doen, het gaat om de RMS waarde, en die gaat met U². Dus net in dat topje wordt het meeste vermogen omgezet. Plat je die top af, gaat het vermogen toch beduidend naar beneden.

Nu, voor spanningsmeting (das wat anders dan vermogen meting) gaat het met een klassieke analoge meter toch vaak vrij goed in de aanduiding, omdat die piek detectie toepassen. Daarmee ziet die voltmeter wat minder spanning, zonder daarbij een echte RMS meter te zijn.

Op 21 december 2022 18:40:59 schreef ohm pi:
Diode D9 is overbodig.

D9 is in de schakeling gekomen nadat ik de volgende observatie maakte in het frequentiegedrag van de schakeling:

Zonder D9 is er ongeveer 3dB meer gain bij frequenties onder ~1Hz:

Met D9 is dit effect afgezwakt:

Ik snap dit effect niet volledig, maar ik vermoed dat het een RC filter is door R7, VR2, C1 en C8. Met D9 kom ik dit effect grotendeels teniet doen. Neemt niet weg dat D9 een effect aanpakt in de schakeling die bedoeld is voor 50Hz en zijn harminischen.

Op 21 december 2022 18:40:59 schreef ohm pi:
Is het niet handiger om de twee ledjes van de optokoppelaar gewoon in serie te zetten? Dan weet je zeker dat de stroom door de led van de ene optokoppelaar altijd gelijk is aan de stroom door de led van de andere optokoppelaar.
(En het spaart je een weerstand van 1kΩ en nog een paar mW energieverbruik)
Schakeling staat of valt met de kwaliteit van de gebruikte optokoppelaars.
De transferrate van de optokoppelaars moeten in het gebruiksgebied gelijk aan elkaar zijn, of als dat niet zo is moet de verhouding van de transferrate van beide optokoppelaars in het gehele gebruiksgebied constant zijn.

De simulator heeft geen model voor een IL300. Ter modellering van de IL300 heeft de getekende schakeling dus twee afzonderlijke gewone optocouplers. Dit heeft ook het voordeel dat de transferwaarden voor de twee foto-diodes afzonderlijk ingesteld kunnen worden. De twee optocoupler LED's staan in parallel omdat de spanningszwaai op de uitgang van X1 dan representatief is.

Ter info het blokdiagrama van een IL300:

Het gedoe met D9 lijkt mij te gaan om het testen van de voeding op harmonische, wat praktisch niet zo relevant lijkt ? R21 lijkt zonder er aan te rekenen zeer klein.

Verder zou ik de boel liever eenvoudig vast instellen en waar nodig AC koppelen dan al die instellingen te gebruiken, of wilt u daadwerkelijk tot aan DC meten? Merk op dat het een keuze is DC mee te nemen bij de RMS berekening of niet.

Nu zit de secundaire kant van je opamp in de feedback loop. Bij de L300 gaat dat niet (daarnaast lijkt me dat niet verstandig ivm galvanische scheiding)

Op 21 december 2022 16:37:06 schreef fred101:
Even door een filter trekken. Als ik met een oude AVO8 de netspanning meet klopt dat nog prima. Zo beroerd is de netspanning nu ook weer niet. Het gros van de hobbyisten heeft geen TRMS multimeter en al die meters kunnen prima de netspanning meten. Heb je er wel eens een scoop aangehangen ?

Maar als de TS het leuk vind dit te bouwen moet hij het vooral doen.

Ik ben akkoord dat de netspanning voor de meeste toepassingen perfect gemeten kan worden met een niet-TRMS meter of zonder galvanische scheiding. Deze schakeling is echter deel van een groter project waar ik ook stroom met een stroomtransfo ga meten, reel/schijnbaar vermogen ga berekenen, en regenwater-standen ga meten. Vanaf dan heb ik fase info nodig, moet ik rekening houden met niet sinusvormige stromen, en wil ik om evidente redenen galvanische scheiding tussen net en regenwatersysteem :-).

Maar terug naar de schakeling review-vraag...

Wat vinden jullie van de constructie VR4/VR5. Persoonlijk stoor ik me wat aan het feit dat gain en DC offset door beide potentiometers worden beïnvloed, en gekoppeld is aan de transfer gain van de optocoupler. Dat maakt de instelling van beide potentiometers niet eenvoudiger.

Onderstaande schakeling koppelt deze instelling los van de transfer gain van de optocouplers. Hierdoor is het benodigde regelbereik van VR4/VR5 een pak kleiner. Andere ideeën?

Hi,

Mr Soldeer :)

Kijk eens naar dit topic van mij, daar wordt gemeten met serie werstanden en een kleine meettrafo die weinig kost.
De RMS waarde berekening kan je dan alsnog in je processor doen.

Mijn doel was zo breedbandig mogelijk te meten, voro jou niet echt nodig begrijp ik, dus de passieve schakeling is ruim voldoende voor jouw meting.
Het beste resultaat krijg je echter wel met de opamp schakeling.

https://www.circuitsonline.net/forum/view/156578#highlight=zmpt101b

Groet,
Bram

PS
Negeer niet de opmerkingen bij de weerstaden en de condensatoren aan de 230V kant, die hoge spanningen bij de condensatoren houden het heel bij nare pieken op het 230V net.
Een goede leverancier heeft die lage capaciteits waarden van de condensatoren gewoon op voorraad in 2 en 3KV.
De 100K weerstanden moet ook geschikt zijn voor hoge spanningen, dat mogen niet je standaard typen zijn, ook dat is weer geen probleem bij de goede groothandel.

Ik zie het nu hoe je de optos doet, dat is ivm de sim. Die ene parallel led vervalt straks. Zo gebruik ik ze ook.

Ik gebruik instelpotmeters zodanig ze een zo klein mogelijk bereik hebben. Vaste weerstanden brengen het signaal zo dicht mogelijk bij de juiste waarde, de instelpot is voor het laatste stukje. Dus als er bv 5k nodig is dan doe ik 4,7k met een weerstand en de rest met een 500 ohm instelpot.

Op 21 december 2022 22:41:04 schreef KlaasZ:
[...]Ik hang er inderdaad wel eens een scoop aan. En meestal zie ik dan een sinus met een afgeplatte top. Ik heb ook meerdere meters waar ik de netspanning mee kan meten, maar de vraag is of die dan de echte RMS weergeven. Denk het niet.

In de betere van oa. Fluke zal dat wel het geval zijn ook Analog Device maakte(?) een mooi IC wat dat heel nauwkeurig deed. In principe moet de opgewekte warmte in een weerstand hetzelfde zijn of je er nu DC of AC in sinus, puls, driehoek, blok ect opzet, moet niet uitmaken. Hier ook iets afgeplatte sinus 50Hz bij directe 230V meting. Ik zou ook zo geen plek weten waar nog een schone sinus voorhanden is.

234.2V met Keysight TRMS meter, scoop geeft wat afplatting. Analoge Philips geeft 227V, Fluke 1587 (1%, geen TRMS) geeft 233, AVO geeft 228 Maar ik weet niet hoe goed die oude analoge meters kloppen in die range voor een pure sinus. Als je dus voor simpel zou gaan kun je in de software corrigeren. Als je met opamps verder gaat zul je ook moeten corrigeren (de instel pots)

Persoonlijk hou ik van over de top dus ik heb ook nog een TRMS AC+DC detector gemaakt en meet met een 26 bit ADC

[Bericht gewijzigd door fred101 op (36%)]

Op 23 december 2022 12:35:21 schreef fred101:
234.2V met Keysight TRMS meter, scoop geeft wat afplatting. Analoge Philips geeft 227V, Fluke 1587 (1%, geen TRMS) geeft 233, AVO geeft 228 Maar ik weet niet hoe goed die oude analoge meters kloppen in die range voor een pure sinus.

Oeps, o ja Ik heb er ook nog een staan en die heeft wat TLC nodig. Goed dat je me er aan herinnerd!

mr soldeer, wat voor Vref ga je gebruiken ?

Raaf, die is ouder dan de mijne, ik heb de laatste versie. Ik heb er ook een uit de jaren 50 maar daar begint de lak/bedrukking van de schaalverdeling uit elkaar te vallen. Heel vreemd.

Blijkbaar geen vernislaag erover? Die van mij komt van de markt in Beetsterzwaag dit jaar. Misschien kan je een schaal overzetten van een 'sloper'?

Mr Soldeer, als je voor de stroom meting een trafo gebruikt dan kun je voor de spanning ook een trafo gebruiken.

Op 23 december 2022 09:43:07 schreef Mr Soldeer:
D9 is in de schakeling gekomen nadat ik de volgende observatie maakte in het frequentiegedrag van de schakeling:

Klopt dat wel, 120 dB demping? Dat is - in spanning - één op een miljoen. Maar in je grafieken gaat dezelfde spanning tussen zo'n 0 en 3 V op en neer, dus 3 Vpp. Ten opzichte van 710 Vpp (355 Vp) aan de ingang is dat een veel kleinere verzwakking: minder dan 50 dB.

Op 22 december 2022 18:37:06 schreef ohm pi:
[...]Dan mis je over een klein deel van de sinusperiode een paar volt. Uitgesmeerd over de gehele (virtuele) sinus zal je daar weinig van terugvinden.

Voor sommige belastingen zit juist daar het stroomverbruik. Dat is ook de reden dat die sinus afgeplat is.

De reden dat je de spanning wil weten is omdat je het vermogen wil bepalen. En dat doe je om het vermogen te meten en te loggen. Dan is een 10% afwijking niet acceptabel. ('t is meer dan "een paar volt").

Voor een niet TRMS Fluke multimneter is de afplatting niet genoeg om er naast te zitten (Tenminste hier bij mij). De TS is tevreden met +/- 2,3V daar hoef je geen TRMS voor te doen.

Ik zou niet te veel blindstaren op de sim aangezien je een totaal ander soort opto gebruikt. Zet het eerst eens op een breadboard en test het met een functie generator of trafo (even met een simpele weerstand deler)
Je kunt je definitieve versie ook met een trafotje doen. Galvanische scheiding en omlaag transformatie in een. Scheelt ook de dubbele voedingen en een Vref. Dan heb je maar 1 opamp nodig en het zou ook nog wel eens stabieler kunnen zijn.

In jou huidige setup mis ik Vrefs (1 voor en 1 na de opamp voor de DC offset zodat de ADC geen negatieve spanning ziet) Zonder die moet je vertrouwen op de voeding en denk ik dat de boel dan te veel gaat driften. Dat kun je in ieder geval testen op een breadboard. Je vindt 1% voldoende, dat is +/- 2,3V dus je hebt niet eens cijfers achter de komma nodig, dat komt heel veel minder nauw dan mijn 5,5 digits versie en zou ik het eenvoudig houden.

Ik zou alle potmeters er uit halen. Die dingen gaan alleen maar verkeerd staan als je er aan draait. Calibreren kun je beter in software doen.

Ik zie verschillende weerstanden aan de fotodiode's van de opto. Die Ili dingessen hebben al een niet geweldige liniairiteit, en ik geloof dat dat nog minder wordt als je de diode's aansluit met verschillende weerstanden.

En waarom die optocoupler? Als je een ESP32 gebruikt, dan zet je die toch ook gewoon aan de 230Vac kant en overbrug je de isolatie met de RF. Tijdens het meten / afregelen is een scheidingstrafo dan wel handig, en achteraf in een kastje inbouwen.

Ik weet 't niet helemaal zeker, maar ik geloof dat die ESP's een nogal slechte ADC hebben.

Op 23 december 2022 09:54:37 schreef Aart:
Het gedoe met D9 lijkt mij te gaan om het testen van de voeding op harmonische, wat praktisch niet zo relevant lijkt ?

Kun je hier wat extra hints geven? Ik kom met "voeding testen op harmonischen" steeds terug op zoekresultaten ivm veelvouden van 50Hz die het tot in de uitgang van de voeding maken. De plot voor het frequentie domein toont ook enkel een verschil voor <50Hz // subharmonischen.

Op 23 december 2022 09:54:37 schreef Aart:R21 lijkt zonder er aan te rekenen zeer klein.

Over C8 staat 14V. (14V-12V)/33R = 60mA. De schakeling aan de net-zijde verbruikt in mijn laatste sim 12mA. 33 had dus wat groter gekund. 82R a 100R bijvoorbeeld.

Na de D9/R21/D11 discussies hier plan ik daar een 7812 in te zetten.

Op 23 december 2022 22:40:39 schreef Frederick E. Terman:
[...]Klopt dat wel, 120 dB demping? Dat is - in spanning - één op een miljoen. Maar in je grafieken gaat dezelfde spanning tussen zo'n 0 en 3 V op en neer, dus 3 Vpp. Ten opzichte van 710 Vpp (355 Vp) aan de ingang is dat een veel kleinere verzwakking: minder dan 50 dB.

Ik volg je. 20log10(710Vpp/3Vpp) = -47dB

https://www.circuitsonline.net/forum/file/90513/forum-post

Toen ik het opmerkte had ik er genoegen mee genomen dat de kantelfrequenties wel op de juiste frequenties liggen. Sinds dien kijk ik naar de relatieve verschillen ipv de absolute dB schaalwaarden.
Het gaat mis rond de optocouplers. Vsum en Vsum_fb rond optocoupler U1 zijn dezelfde amplitude (dit is de optocoupler die ge-servo'ed wordt) maar worden in de frequentie plot niet op elkaar getekend. Rond optocoupler U2 gebeurd het nog eens.

Op 24 december 2022 10:47:42 schreef fred101:
...
In jou huidige setup mis ik Vrefs (1 voor en 1 na de opamp voor de DC offset zodat de ADC geen negatieve spanning ziet) Zonder die moet je vertrouwen op de voeding en denk ik dat de boel dan te veel gaat driften. ...

Zeners D1, D5 en D6 geven een stabiele referentie voor het instellen van de DC bias en zo geen negatieve spanningen op de ADC te zetten. Bedoel je die?