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Misure di Tensione

Considerazioni sulle misure di tensione

La tensione più facile da misurare è la continua, ha un solo valore, le cose si complicano con le tensioni alternate in funzione della forma o se vogliamo del contenuto spettrale. Una tensione alternata con valor medio zero potrebbe avere un valor massimo positivo e negativo non coincidenti o un valore efficace che potrebbe andare dal valore massimo a quasi zero.

I valori che caratterizzano una tensione

Una tensione può essere alternata o continua oppure una combinazione delle due. Si misura in Volt ed è caratterizzata dai seguenti valori:

- Valore picco a picco: E' la tensione misurata fra il valore massimo e quello minimo nel caso di una tensione alternata.

- Valore massimo (o di picco che dir si voglia): E' il massimo valore che assume la tensione in relazione alla semionda positiva

- Valore medio.

- Valore efficace (o RMS = root-mean-squared): si tratta del valore che avrebbe un segnale costante di pari tensione media.
In altre parole applicando la nostra tensione di forma qualsiasi ad un carico Ohmnico ci sarebbe una produzione di calore uguale a quello che produrrebbe una tensione continua che corrisponde al valore efficace di quella misurata.
Nel caso di una forma d'onda sinusoidale il valore efficace si ottiene dividendo il valore massimo per radice di due (1, 41421356237).
Questo valore si calcola determinando l'integrale definito della forma d'onda e rapportandolo con l'area che avrebbe un rettangolo la cui altezza è pari al valore massimo e la cui base è pari al tempo in cui viene presa in esame la forma d'onda.
Molti strumenti di poco costo per calcolare il valore efficace misurano il valore massimo e poi ricavano quello efficace partendo dal presupposto che si misuri una sinusoide pura quindi con una banale operazione matematica.
Quindi l'errore che si compie nella misura è tanto più grande quanto più il segnale da misurare si discosta dalla forma della sinusoide.
Gli strumenti di ultima generazione invece determinano il valore RMS campionando in più punti la tensione da misurare, e facendo poi la radice quadrata del valore medio del quadrato dei singoli campioni.
Praticamente una trattazione puramente matematica del dato, valida per frequenze dell'onda ma misurare fino a metà di quella di campionamento.
Ovviamente più sono i campioni, più sono accurati (quindi un campionatore più preciso) e più è grande la precisione di misura.

 

Sotto la formula di calcolo della tensione RMS partendo da dei campioni ottenuti con uno strumento campionatore.
I campioni V1, V2, V3,....,Vn vengono elevati al quadrato, sommati, divisi per il numero dei campioni e infine viene estratta la radice quadrata.
Il risultato corrisponde al valore RMS del segnale campionato.

 

Nell'immagine sotto è riportata la classica tensione ad andamento sinusoidale dove:
V1=Tensione picco a picco
V2=Tensione massima

Il valor medio è zero e fa eccezione, nel caso di una tensione alternata, solo il caso in cui ci sia sovrapposta una tensione continua.
Il valore efficace, solo nel caso di una forma d'onda sinusoidale è dato dal valor massimo fratto radice di due. Se si tratta invece di una onda quadra il valore massimo e quello efficace corrispondono.

Strumenti di misura di una Tensione

Una tensione in genere si misura con uno strumento chiamato voltmetro oppure con un oscilloscopio, qualora si voglia avere anche una misura della frequenza e una rappresentazione grafica della tensione che misuriamo.
Questi strumenti devono avere una impedenza il più alta possibile per non alterare i parametri di funzionamento del circuito a cui vengono collegati.
Sotto a sinistra la foto di un multimetro digitale settato per misurare i milliVolt e a destra quella di un oscilloscopio analogico che esegue la misura di una tensione sinusoidale per il valore picco a picco utilizzando i cursori (quelle due lineette tratteggiate posizionate sopra e sotto la sinusoide).
Il multimetro è adatto alle misure di tensioni e correnti continue con una frequenza massima di 100 Hz (di solito).
Quindi tutte le tensioni di alimentazione dei vari apparati comprese le tensioni alternate dei trasformatori a 50Hz e della rete di alimentazione.
Non è assolutamente adatto alla misura delle tensioni del segnale audio o peggio a radiofrequenza.
Per questo occorre utilizzare necessariamente un oscilloscopio.
Negli ultimi tempi sono nati degli strumenti che inglobano tutte le funzioni di un frequenzimetro e di un oscilloscopio, nonché di un multimetro e in qualche caso anche di analizzatore di spettro, utilizzabili con o senza l'ausilio di un computer.