谈谈改装万用表之四~数字表平均值检波改RMS,以优利德ut136b+为例谈改RMS

dayibalang

疫情又有山雨欲来风满楼之势，所以最近又开始在家工作了。无聊之余打算把手里的平均值检波万用表都改成rms的，其实现在手里的101和136都在朋友处飘泊着呢，发现我这帮狐朋狗友更喜欢拿我改过的表用，不过估计136近期能回家，就先从它开始吧。表还没回来，先把ac2rms转换的部分做出来。

rms/有效值是什么?为什么要用rms表征ac?这些常识就不赘述了。其实平均值的表日常用起来没有什么不便，rms表能修的故障mean表也可以，这里只想给大家介绍下修改的方法，但并不建议都去改表玩。

言归正传，怎么改?当然不是改个晶振4兆改8兆采样快了就是rms了，有这种想法或者是不懂什么是rms或者不懂万用表的原理，但是可以确定的是所有mean检波的的万用表都可以改rms，甚至只要不嫌麻烦就连指针表也一样能改。本文讨论的是数字表怎么改，前文有篇万用表的精度调整介绍了数字万用表的基本工作原理，核心是电阻分压后进行ad转换，改rms只要将ac分压后的平均值检波电路替换为rms检波即可，平均值检波因为要乘波形因数加上检波电路元件公差往往保留了校准电位器或软件校准，而rms检波ic往往精度足够高甚至可以免校准。

rms2dc ic的选择，自己搭就没必要了，现成的ic很多，传统的选择就是ad，芯片比较贵，这可能就是低端表往往没这功能的原因，也是为什么0660/1106备受厂家青睐的原因，因为这个方案不用增加硬件成本就能实现rms，136+的芯片厂家承永都是积分转换器要想实现rms必须要个外置转换器，所以他们也出rms2dc芯片，大部分和ad兼容，不兼容的那几个我觉得比ad的用起来还方便，不过不好买，反正手里有什么就用什么吧。富晶的方案理论上可能实现计算rms转换但实际上还是需要外置rms2dc，101的修改等漂回来再说吧，实际上看电路101比136+还容易改。手动量程的7106和7129方案更不用说了，都摆在明面上。

从哪里引出分压后的ac信号呢？简单说只要找到原机的平均值检波电路就可以，为什么说简单?因为全波平均值检波电路有2个二极管有对称的电阻电容，即使没有电路图只靠猜都能找个八九不离十，对于136+的平均值检波就是下面这个电路，test5是分压电路ovsg的缓冲输出，adi是检波运放的反相输入端，ado是检波运放的输出端，acvh/l分别是平均值检波差分输出的高低两端。

改rms时test5就不需要了，adi与ado短接组成缓冲器，由ado引出分压后的ac信号，喜欢ac coupling还是dc coupling可以自己选择，外壳打眼加开关选择ac/ac+dc绝对是个好主意，有这功能的表都不便宜比如4282和289都是高级货，ut195ds可能是我听说过的有这功能的最便宜的万用表价格也够买一打136+了，acvh/l作为rms检波后的dc输入，电源引自万用表芯片的charge pump输出及电池供电端。万用表内都有双电源，即使万用表芯片没泵浦输出外部也有电路提供双电源，慢慢找一定有。

最后说一句，容忍不了底数的人，强烈建议不要改，改了晶振的如果看到改rms后尾数跳也别怨rms芯片性能问题，莫谓余之言之不预也。







表回来了，看看改完的效果吧
/*这里修正一下，下面的误差是改rms时不小心碰了校准电位器的原因，发现后重新校准，更新后的精度见帖子最后更新*/
交流市电，与f115比+0.5% /*此为错误值*/


与4282比+0.26% /*此为错误值，校准后小于0.1%*/


上面都是正弦波是看不出rms的效果的，下面分别是三角波，正弦波，方波，与f115比大约+0.4%，测试时为保留较多位数信号源调整过幅值。与市电的差异应为量程间差异引起。改造后无需校准，对于普通玩家交流基准源本就不易找到，改rms只要事先分析好是可以不用校准的。




看到回帖中有对rms-dc转换芯片的一些应用方面的看法，我不认同，觉得有必要澄清一下
首先关于归零，对于rms-dc有底数是正常的，但要说底数大到影响使用那是绝对不可能的。正常的话不会超过5个字，运气好的话一二个字，甚至是0，如果不是这样，那么我的建议是别动不动说芯片不行，要想想自己运用得是不是够好，再仔细读读手册。我的经验看手册的数据是保守的，实际上3个字是极限。


再就是小信号有没有参考价值的问题，以一个普通变压器为例，在40v量程16.00v，400v量程16.1v，1000v量程18v。显而易见1/10的小信号仍然在1%精度范围内，即使是1/100的小信号误差仍然可以接受，ut136b+的acv精度是1%rdg+3个字，虽然正常人没这么用的，但这还没有超差。所以对于小于10%的信号得出欢乐值……的说法，我的建议还是三个字–看手册。
关于抗干扰这是个很大的话题，但芯片本身就是交流rms运算的，带宽内的ac信号都应该被计算进去，所以在此抗干扰差其实是个错误说法，正确的应该是灵敏度高。还有一些是关于peak error的，参见我7楼回复的帖子。




再补充个136(4000字改rms)与115(6000字rms)的对比







***最后修正一下，前面的误差是改rms时不小心碰了dc校准电位器的原因，发现后重新校准dc，与4282比对差异为0.08%***



13、14楼更新电路图示

haishangfei

不用现成的RMS芯片吗？

温力口

这个是假有效值处理方法吧？

dayibalang

haishangfei 发表于 2021-1-8 08:27
不用现成的RMS芯片吗？

用啊，写的就是怎么用rms2dc ic改，我没有指定某个型号，我写的是通用的改法。用哪个型号看个人喜好啦

dayibalang

温力口 发表于 2021-1-8 08:32
这个是假有效值处理方法吧？

上图是平均值检波，是现在136+的电路，是要被下图取代的，当然是改真有效值

老张37475

136+想改RMS最简单的方法是使用LTC1966，因其可以单电源工作，但是芯片价格……。手持表检测RMS主要有两种方案，一种是DSP运算，利用高速ADC对信号进行高速转换再计算出RMS值，优点是反应快几乎无底数，量程10%以内信号精度优于外挂，0660、7501好象就是内置1.5K高速ADC实现的（有效位数8位？10位？12位？没去研究……所以改9000字的表交流注定会出问题，有没有软件办法给它打一波鸡血不得而知），缺点是频响窄（想获得高频响还是得先谈价格……宏康HY3131内置8K DSP），信号频率接近或高于转换速率时其准确率直线下降（也有好处，天生低通，无需外加功能直接测量变频器），基本3K以上信号表现还不如平均值表。另一种是外挂AC－DC芯片，通过信号给芯片“做功”得出RMS，简单粗暴，优点是频响宽，捅几兆的信号都会有数值……，缺点是信号幅值太小如低于10%基本得出欢乐值，抗干扰能力差，各种杂波来者不拒，也有在芯片前端增加硬滤波的（例如带低通的61E+）。二者各有千秋，买适合自己的就行。平均值表是通过单位时间内获取的数值进行平均值运算（通常为1秒，所以你会发现136+的AC档反应明显变慢），也有它的好处，最便宜，最简单最粗暴，无底数，微弱信号更有参考性，转换速度越快越接近准确值。

dayibalang

老张37475 发表于 2021-1-8 10:15
136+想改RMS最简单的方法是使用LTC1966，因其可以单电源工作，但是芯片价格……。手持表检测RMS主要有两种 ...

的确1966/7/8很好用，我用的并不是示意图的芯片，也是1966，大家选哪个型号看需求，有的人喜欢调零，有的人可能觉得没必要，反正板子上有双电源有的人觉得没必要单电源还可能引入失调，需求不一样看个人喜好，我讲的是通用的改法。
高速采样方案不是带宽接近采样率而是一半都不到，远低于一半。平均值检波的建立时间并不慢，也有peak检波的表速度更快，即使rms的建立时间也不到1s，这和Cavg的容量选择有关，要在精度和建立时间取平衡。这种外接的，无论平均值还是rms，转换电路的建立时间越短精度越差，不可能速度越快越接近准确值，adc速度与平均值或rms转换精度无关，乱改时钟提高adc速度看到的ripple不是瞬时值而是peak error，无论mean还是rms转化后瞬时值都没有意义，peak error通常由匹配的数字滤波或信号积分时间消除，这也是未经评估不能随便改时钟的一个原因

ksj197706

路过学习了

hc061218z

改啥？ 买块别的表吧， 136+系列，除了速度快，也没啥值得称道的地方了。哈哈

dayibalang

hc061218z 发表于 2021-1-8 16:28
改啥？ 买块别的表吧， 136+系列，除了速度快，也没啥值得称道的地方了。哈哈 ...

我不缺表，纯粹为玩，我真正想买的也就剩4950和3458了，前者还不是万用表，用136+举个例子，是因为这是国产少有的值得动手的表，大部分人不会花1k以上去买万用表，这几篇短文就是让大家以百元以内的总成本搞出块可靠精准好用的表，也许观点不同我对136+反而格外青睐，我觉得这表挑不出严重缺点尤为难得，国产表里某项功能突出的不少，但老老实实挑不出大问题的便宜表可不多，往往便宜货的内部过于随便，136+这么便宜里面却不随便的我很少见到，论坛上改锂电改晶振成风，我本身就不认可也就不凑热闹了，改个没什么人改的，除此以外常见的福禄克低端表15/17b不管带不带+，101/106/107，只要是平均值检波的数字表，看懂我这篇都能改，福禄克的低端做工和底子都不差，功能上普遍欠缺的就是rms。
对于136+的问题比如电容，比如砍底数，比如电容档零点补偿，比如过压保护电路等在我的旧贴或我在网友的帖子留言中对产生的原因有过分析。可以参考。以我拙见这些不是什么大缺陷。

dayibalang

关于外接rms的精度，可以参考芯片的手册，肯定是没有10%的限制这么夸张的，和计算方式的rms精度基本相当，1%+几个字的精度还是很容易实现的，达不到的话建议反复研究手册。
0660这种靠计算的rms也没什么不好，14bit相当于16000字，改9999没有任何问题，12ks/s，ac rms带宽约为1kHz，比采样率小了约1个数量级。计算方式的rms带宽不能完全依据nyquest定理的，更不可能带宽接近采样率。

guangqu

@dayibalang
能否在UT136b+电路板上标注一下改装方法啊，让DIY新手更快入门

dayibalang

guangqu 发表于 2021-1-9 10:22
@dayibalang
能否在UT136b+电路板上标注一下改装方法啊，让DIY新手更快入门

如图所示

dayibalang

guangqu 发表于 2021-1-9 10:22
@dayibalang
能否在UT136b+电路板上标注一下改装方法啊，让DIY新手更快入门

如图所示，文中信号对应pin

三杯五粮液

又想骗我买136？

dayibalang

三杯五粮液 发表于 2021-1-9 22:35
又想骗我买136？

我说的是任何平均值检波的表都可以改rms，我给讲的是通用的改法，不局限于某款。如果讲倾向，我更推荐底子更好的福禄克15/17b+，101，107改rms

三杯五粮液

dayibalang 发表于 2021-1-10 00:31
我说的是任何平均值检波的表都可以改rms，我给讲的是通用的改法，不局限于某款。如果讲倾向，我更推荐底 ...

呵呵~~玩笑。感谢楼主的折腾。
我记得手头的表是UT56，4.5位的表，是不是就自带RMS?

200birds

以前拆板，拆了好几个AD536,因为是八脚的嘛，一开始以为是金封的运放，挺高兴。可惜后来查到不是运放是rms,又挺失望。后来又发现rms其实也挺贵的，还好当初没扔

dayibalang

200birds 发表于 2021-1-10 13:00
以前拆板，拆了好几个AD536,因为是八脚的嘛，一开始以为是金封的运放，挺高兴。可惜后来查到不是运放是rms, ...

正好用上，我要是拆到rms2dc可能还会比拆到运放更高兴

dayibalang

三杯五粮液 发表于 2021-1-10 11:19
呵呵~~玩笑。感谢楼主的折腾。
我记得手头的表是UT56，4.5位的表，是不是就自带RMS? ...

我没有用过这表，得找说明书确认，看起来可能不是，一般rms表都在外壳有明显标志，生怕人们看不到。56有不同版本，早期是7129后来换了台湾的兼容芯片，如果你的是美信的，那还是值得打磨一下的