Влияние измерительных приборов на точность измерений.

Перед измерением нужно по возможности полнее установить характер измеряемого напряжения или тока (род тока, частоту, форму кривой, возможные максимальные и минимальные значения и т. п.), а затем на основании основных характеристик выбрать вид вольтметра или амперметра.

К основным характеристикам вольтметра относят: его назначение, диапазон измерений, область рабочих частот, входное сопротивление (активная и реактивная составляющие) и класс точности.

Интересующее значение измеряемого напряжения невозможно так же опредалить без знания таких особенностей вольтметра, как тип его детектора, вид входа (открытый или закрытый), и характер градуировки шкалы.

В низкоомных цепях напряжение целесообразно измерять вольтметрами магнитоэлектрической системы как более дешевыми и более точными. В высокоомных цепях для измерений более всего подходят электронные вольтметры, имеющие высокое входное сопротивление. Дело в том, что подключение вольтметра к объекту измерения может существенно изменить режим его работы. Когда входное сопротивление вольтметра во много (например в 100) раз больше сопротивления исследуемой цепи, влиянием входного сопротивления вольтметра на объект измерения можно пренебречь (дополнительная погрешность измерения не превышает 1%). Если же входное сопротивление вольтметра соизмеримо с сопротивлением цепи, напряжение на которой измеряется, нужно проводить анализ влияния вольтметра на объект измерения. При измерении же напряжений в некоторых цепях влияние входного сопротивления вольтметра может быть учтено.

При измерении напряжений синусоидальной формы нужно применять вольтметры с соответствующей областью рабочих частот. Так, например, в диапазоне низких частот могут найти применение электромеханические вольтметры электромагнитной, электродинамической, ферродинамической и электростатической систем и электронные аналоговые вольтметры видов В3, В7. Однако вольтметры электромеханической группы могут давать большие дополнительные (частотные) погрешности уже при измерении напряжений с частотами в несколько сотен герц. Например, вольтметр типа Э3О при измерении напряжения с частотой около 100 Гц дает практически нулевое показание. На этой же частоте дополнительные частотные погрешности электронного вольтметра типа В7-15 практически равны нулю.

Если вольтметр предназначается для работы в расширенной области частот, то он, как правило, снабжается графиком поправочных коэффициентов, позволяющим корректировать результат измерений: устраняя дополнительные частотные погрешности вольтметра, или в характеристиках вольтметра указывается основная приведенная погрешность вольтметра (класс точности вольтметра) на участках расширенной области частот.

При измерениях в цепях переменного тока нужно помнить, что на объект измерения существенное влияние может оказать не только активная, но и реактивная составляющая входного сопротивления вольтметра. Наиболее часто реактивная составляющая имеет емкостной характер, и эквивалентная схема входа вольтметра может быть представлена параллельным соединением активного резистора и конденсатора (без потерь). Обычно входная емкость электронных вольтметров лежит в пределах от нескольких единиц до нескольких десятков пикофарад, а их активная составляющая сильно зависит от частоты измеряемого напряжения и лежит в пределах от нескольких мегом на низких частотах до нескольких десятков килоом на высоких и сверхвысоких частотах.

Резонансные системы могут быть существенно расстроены входной емкостью включенного вольтметра, а их добротность снижена шунтирующим действием активной составляющей входного сопротивления вольтметра.

Расстройкой можно пренебречь только в случаях, когда входная емкость вольтметра во много (например, в сотни) раз меньше общей емкости резонансной системы, к которой подключается вольтметр.

Влияние входной емкости вольтметра можно уменьшить включением последовательно с входом вольтметра конденсатора малой емкости (обычно 1—2 пФ). Действительное значение напряжения на резонансной системе в случае применения дополнительного конденсатора с малыми потерями (например, типа КД, КТ, КСО и т. п.) на достаточно высокой частоте (чтобы ω С_вх> > 1/R_BX) может быть вычислено по показанию А вольтметра по формуле

U ≈ A(1 + С_вх/ С_к),

где ƒ = ω /(2π) — частота измеряемого напряжения; С_вх — входная емкость вольтметра; С_к — емкость дополнительного конденсатора.

При выборе вольтметра для измерения импульсных напряжений необходимо обратить внимание на область допустимых значений скважности, минимальных и максимальных длительностей импульсов измеряемых вольтметром напряжений.

Наибольшую точность измерения напряжения могут дать компенсаторы (потенциометры) и цифровые вольтметры. Их применение целесообразно при высокоточных лабораторных измерениях и градуировке вольтметров более низких классов точности. Цифровые вольтметры целесообразно применять для ведения непрерывного контроля напряжения и регистрации результатов измерения, а также в системах автоматического измерения и управления производственными процессами.

При включении амперметров в цепь для измерения тока особое внимание следует обратить на обеспечение малых переходных сопротивлений в местах подключения выводов амперметра, иначе нарушится режим работы цепи и возникнет ошибка измерения. По этой же причине сопротивление выбираемого для измерения амперметра должно быть много меньше общего сопротивления исследуемой цепи.

Кроме прямого измерения токов амперметрами соответствующих систем, возможно косвенное измерение токов с помощью вольтметров соответствующих систем и образцовых резисторов, включаемых в разрыв цепи. Измеряемый ток определяется законом Ома: I_Х = U_o/R_o, где U_o — падение напряжения на образцовом резисторе R_o, измеренное вольтметром. Для получения минимальных погрешностей измерения сопротивление резистора R_Q должно быть много меньше сопротивления цепи, в которой измеряется ток.