§5. Снятие показаний с электроизмерительных приборов. Цена деления. Чувствительность приборов

Снятие показаний с однопредельного прибора обычно не вызывает затруднений, поскольку шкала градуируется непосредственно в измеренных величинах.

М ногопредельные приборы могут иметь одну или несколько шкал. Если есть шкала, соответствующая тому пределу, к которому включен прибор, то снятие показаний также очевидно. Рассмотрим многопредельный, одношкальный прибор. Например, вольтметр М45МОМЗ с клеммами (3V, 7.5V, 15V, 30V). Шкала имеет 75 делений (рис.1.15). Для измерения неизвестного постоянного напряжения измерения начинают с подключения к клеммам, соответствующим максимальному пределу, т.е. к клеммам 15V и 30V (с соблюдением полярности). По величине отклонения стрелки оценивают значение измеряемого напряжения.

Для определения величины измеряемого напряжения необходимо определить цену деления прибора. Ценой деления прибора называется отношение предельного значения измеряемой величины к максимальному линейному или угловому отклонению. Таким образом, цена деления показывает, какая величина тока или напряжения приходится на одно деление прибора.

Величина, обратная цене деления , есть чувствительность прибора. Чувствительностью прибора называется отношение максимального линейного или углового перемещения стрелки к предельному значению измеряемой величины.

Определим цену деления в рассматриваемом примере. В данном случае напряжение, равное, 30B (используемый предел прибора), должно вызвать отклонение стрелки на 75 делений (число делений шкалы). Предположим, что стрелка отклонилась на 14,5 делений.

Таким образом, цена деления С=30В/75дел=0,4В/дел.

Теперь, зная цену деления, прибора, определим измеряемое напряжение

Для того, чтобы более точно измерить это напряжение, надо провести измерения на другом пределе измерения. Данным прибором напряжение, равное примерно 5.8В, можно измерить еще на двух пределах. Измерим то же напряжение на пределе 15В. При этом стрелка отклонилась на 28 делений. Цена деления на данном пределе будет равна: С=15В/75дел=0,2В/дел. Значит, величина измеряемого напряжения равна .

Измерим теперь напряжение на пределе 7,5В. Показание прибора в этом случае равно 55,5 делений. С=7.5В/75дел.=0.1 В/дел; и , а на пределе 3В это напряжение измерить нельзя, т.к. как измеряемое напряжение больше предельного значения.

Таким образом, измерения на трех разных пределах дали разные значения измеряемого тока. Этого и следовало, ожидать, т.к. измерения проводятся с некоторой погрешностью.

§6. Погрешности электроизмерительных приборов

Кроме погрешностей, связанных с неточностью снятия показаний, любой электроизмерительный прибор дает погрешность, обусловленную конструкцией прибора. Погрешности электроизмерительных приборов можно определить, зная класс точности - К, который указывается на шкале прибора.

Класс точности характеризует точность измерения прибора.

Показатель класса точности К - это приведенная погрешность измерения прибора в процентах:

,

где - предел измерения прибора, по току или напряжению,

- абсолютная погрешность измерения на этом пределе.

Тогда абсолютная погрешность измерения определяется согласно формуле:

.

Она постоянна при измерениях на одном и том же пределе. Отсюда следует, что если прибор имеет несколько пределов измерения, то для увеличения точности измерения следует использовать наименьший допустимый предел. Когда измеряемая величина близка к пределу измерения (стрелка прибора отклонилась больше 50% шкалы), тогда относительная ошибка снижается до величины, соответствующий классу точности прибора и поэтому, как правило, не рассчитывается, а берется равной показателю класса.

Относительная погрешность физического измерения определяется по формуле:

где G - величина измеренного тока или напряжения. Таким образом, чем больше измеряемое значение G, тем выше точность измерений.

Найдем погрешности измерений, приведенных в предыдущем примере.

Класс точности вольтметра М45МОМЗ К=1%.

1. Для предела 30 В , = =30В,

Тогда . Следовательно; измеренное напряжение

=(5,8± 0,3)В, т. е. 5,5B<U<6,1B. Относительная погрешность в %

2. Для предела 15В, = =15В. , =(5,6± 0,15)В, 5,43B<U<5,75B, .

3. Для предела 7.5В, = =7,5В. , =(5,55± 0,075)В, 5,475B<U<5,62575B, .

Из примера видно, что для получения наиболее точного измерения с наименьшей погрешностью необходимо выбрать минимальный предел измерения, на котором можно еще измерить данную величину. Это же видно и из вычислений, проведенных выше.

Замечания. В приведенном выше примере напряжение, измеренное более точным вольтметром, оказалось равным (5.5±0.01)В. Обратите внимание на несоответствие абсолютной погрешности прибора и цены деления. Например на пределе 7.5В цена деления прибора С=0.1 В/дел, погрешность . Для других приборов это соотношение может быть иным, например, С=0.2В/дел., . Поэтому при снятии показаний с приборов нередко требуется определить отклонение стрелки с точностью до десятых долей деления. Так, в последнем примере показания следует снимать с точностью U/C=0.06/0.2=0.3 дел. Иначе будут внесены дополнительные погрешности.