Главная  Электронные вольтметры 

[0] [1] [ 2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41]

равной 1,5 • 0,01 • 150=2,25 в. Для упрощения предполагалось, что подключение вольтметра к испытуемому резистору не привело к из-ь енению распределения потенциалов в остальной части схемы, которая в связи с этим не упоминалась.

Проиллюстрируем еще несколькими примерами влияние выбора мртода измерения и прибора на точность получаемого результата и ргсходуемую в цепи измерения мощность.

Допустим, что прибор Ц-52 показывает 40 в на шкале 150 в. Отвлекаясь пока от реакции испытуемой цепи на подключение вольтметра и считая окружающие условия нормальными, мы можем утверждать, что показания отличаются от действительного напряжения не более чем на ±1,5-0,01 • 150= ±2,25 в или ±5,6%.

-\/f-r 0-1S6

То-зов


Рис. 2. Измерение напряжения дифференциальным методом.

о - принципиальная схема; 6 - эквивалентная схема.

Сопротивление прибора на пределе измерения 150 в составляет 3 Мом.

Измерим теперь это напряжение не методом непосредственной оценки, а дифференциальным методом, пользуясь тем же прибором Ц-52. Возьмем какую-либо батарею с э. д. с. порядка 40-50 в. Подключим параллельно ей потенциометр (рис. 2) и, пользуясь пределом измерения 30 в, установим напряжение 30 в на движке потенциометра. Погрешность установки будет равна ±1,5-0,01-30= =±0,46 в. Переключим прибор на предел измерения 15 е и измерим разность между искомым напряжением и напряжением на движке (опорным). Пусть она окажется равной 10,5 в. Погрешность ее измерения составляет ±1,5-0,01 • 15=0,22 в. Отсюда искомое напряжение равно 30-1-10,5-40,5 в, а погрешность его измерения в худшем случае, так называемая предельная погрешность, равна арифметической сумме частных погрешностей установки опорного напряжения и измерения разности: ± (0,45-1-0,22) =±0,67 е, что в относительных единицах составляет ±1,65%.

Как видим, переход к дифференциальному методу измерения позволил в данном случае уменьшить погрешность измерения более чем втрое. А что стало с эффективным входным сопротивлением прибора? Он подключается к испытуемой цепи в момент измерения разности напряжений и потребляет от нее ток 50-10,5/15= 35 мка, так как ток полного отклонения 50 мка, а показания прибора Б 8те время 10,5 в. Если для простоты пренебречь сопротивлением потенциометра, то эффективное сопротивление прибора равно 40,5/35-1,16 Мом, т.е. значительно меньше, чем при измерении методом непосредственной оценки.



1 -л

Рис. 3. Потенциометр с подключенным вольтметром.

Это уменьшение объясняется тем, что выбранный прибор на всех пределах измерения постоянного напряжения имеет один и тот же ток полного отклонения, что присуще подавляющему большинству электромеханических *и части электронных вольтметров. Если бы мы взяли вольтметр с неизменным сопротивлением на всех пределах измерения (электростатический, электронный на лампах), то его эффективное сопротивление возросло бы во столько раз, во сколько измеряемое напряжение превышает разность измеряемого и опорного напряжений.

Изложенный выше дифференциальный метод очень эффективен при измерениях в высокоомных цепях, когда входное сопротивление обычного электронного вольтметра оказывается недостаточным. Одновременно резко уменьшается погрешность измерения, которая у электронных вольтметров (исключая цифровые) относительно велика. Выигрыш в точности примерно равен кратности шкал вольтметра.

Наибольшей частной погрешностью является погрешность установки опорного напряжения. Поэтому при одновременной необходимости и в высокой точности, и в высоком сопротивлении нужны два прибора: - высококлассный любой системы для установки опорного напряжения и электронный, от которого не требуется большой точности, для измерения разности. Устанавливая опорное напряжение на движке потенциометра, мы, по сути дела, сами изготавливаем меру э. д. с. с наивысшей доступной в данных условиях точностью.

Когда используется один прибор, мы должны быть уверены, что после его переключения на измерение разности, напряжение на движке потенциометра не изменилось. Для этого, с одной стороны, сопротивление потенциометра должно быть достаточно мало, чтобы подключение вольтметра не вызывало изменения падения напряжения на нем, а с другой стороны, достаточно велико, чтобы источник опорного напряжения (батарея или что-либо иное) не разряжался и не менял напряжения в процессе измерения. Обычно эти условия хорошо совмещаются, но при точных измерениях могут потребоваться поправки. В связи с этим решим такую любопытную задачу: какое напряжение W нужно установить на движке потенциометра по вольтметру, чтобы после отключения вольтметра это напряжение приняло заданное значение t/? Сопротивление потенциометра равно R.

Обозначим сопротивление той части потенциометра, с которой снимается напряжение, через г, а оставшейся - через R-r (рис. 3). Будучи подключен, вольтметр с сопротивлением Rx показывает напряжение U:

Плечо г мы устанавливаем таким, чтобы после отключения вольтметра падение напряжения на нем равнялось U:



i = f/E. (6)

Подставляя значение r=R jj в выражение (5), получим:

Если, например, =АЪ в, /?=100 ком, Я=ШО ком, то, чтобы опорное напряжение равнялось 30 в, нужно установить по прибору Ц-52 напряжение 28,9 в.

Для получения правильного результата измерения по рассматриваемому дифференциальному методу нужно ввести еще поправку на падение напряжения иа входном сопротивлении двухполюсника, а также на изменение опорного напряжения в результате подключения к нему при измерении разностного напряжения суммы сопротивления прибора и входного сопротивления двухполюсника. Со стороны вольтметра источник опорного напряжения представляет собой генератор с напряжением U и эквивалентным сопротивлением, равным параллельному соединению плеч потенциометра:

i?b„=rl-- j. Используя формулу (4) и имея в виду, что поправки арифметически складываются, напишем сразу выражение для правильного значения интересующего нас напряжения Ux.

где Up-разностное напряжение, показываемое вольтметром. Это выражение легко проверить по схеме замещения (рис. 2, б). Входящее в R значение г получено выше:

Пусть У?ин =60 ком. При принятых или найденных ранее числовых значениях других параметров

/ 2-105 6-104\

f/. = 30+10,5(.++-) = 43,3в.

Мы не будем вдаваться в анализ погрешностей результата, причинами которых являются погрешности параметров цепей - испытуемой и опорного напряжения. Нашей задачей является не детальное исследование данного метода измерения, а стремление показать на примере важность предварительного продумывания эксперимента (всякое измерение есть физический эксперимент), необходимость и способы введения расчетных поправок в результат для его исправления, когда сопротивление прибора не слишком велико.

В примере проявились и слабые стороны расчетного метода - необходимость знания параметров Цепей и громоздкость вычислений, заметная уже даже в таком простом случае.



[0] [1] [ 2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41]

0.0032