2. Додаткові похибки вимірювання та способи їх зменшення

На результати вимірювань електромеханічних приладів суттєвий негативний вплив чинять такі специфічні додаткові похибки, як температурна та частотна. Тому у приладах цієї групи бажано вжити заходів для зменшення цих похибок. Розглянемо механізми виникнення цих похибок та способи їх зменшення.

2.1. Температурна стабілізація вимірювальних механізмів

В загальному випадку відносна температурна похибка вольтметрів і мілівольтметрів з вимірювальними механізмами дорівнює

, (7.6)

де: – похибка, яка обумовлена зміною магнітної індукції постійного магніту, – похибка, яка обумовлена зміною модуля пружності Е моментних пружин розтяжок, – похибка, викликана зміною параметрів електричної схеми приладу (параметрів котушок вимірювального механізму, опорів струмопідводів до рухомої частини, прямого опору діодів, опорів термокомпенсуючих елементів схеми тощо); – похибка, викликана зміною розмірів конструктивних елементів основних вузлів приладу (рамки, магніту, відстані між рухомими та нерухомим елементами та ін.). Температурна похибка нормується на кожні 10^оС зміни температури навколишнього середовища.

В залежності від системи вольтметра ці доданки мають різні значення, можуть бути відсутні, чи ними можна знехтувати. Так, наприклад, для магнітоелектричних механізмів і приблизно рівні і мають різні знаки, тобто майже цілком компенсуються. Складова має вищий порядок малості і цим доданком нехтують. є домінуючою і визначається видом схеми для вольтметра заданого класу точності.

Механізм виникнення похибки простий та зрозумілий і полягає у наступному. Рамки вимірювальних механізмів виконують мідним проводом, який має досить значний температурний коефіцієнт опору (ТКО). Для міді ТКО наближено становить +4% на . Отже зміна температури впливає на опір, і кінець кінцем на силу струму, що протікає через рамку. Виникає додаткова температурна похибка. В схемах вольтметрів (рис.5.3) ця похибка дещо зменшується за допомогою резисторів . Чому? В цьому можна переконатись, якщо врахувати, що виконано з манганіну, який має ТКО близький до 0. Тому відносна температурна похибка при зміні температури рамки на t⁰С градусів становить

, (7.7)

де - ТКО матеріалу, з якого виготовлена рамка приладу (для міді , для манганіна ), - електричний опір рамки механізму за нормальних умовах. Якщо врахувати, що для приладу без , то виграш стає очевидним. В наведеній на рис.5.3 схемі виграш тим більший, чим більше значення . Тому на малих діапазонах вимірюванням (при малих ) застосовують більш складні схеми термокомпенсації – паралельно-послідовні схеми рис. 7.2. В наведеній схемі опори R1, R2 виготовлені з манганіту, R3 – з міді. Повна термокомпенсація досягається коли

. (7.8)

З урахуванням того, що

Рис. 7.2

рішення (7.8) дає такий результат

. (7.9)

Таким чином, якщо підібрати значення опорів та матеріл з якого вони виготовлені згідно з (7.9), можна отримати повністю термокомпенсовану схему виду рис. 7.2.

На завершення відзначимо, що для вольтметрів електромагнітної, електродинамічної та феродинамічної систем, у яких відсутній постійний магніт, тобто відсутня складова , сумарна температурна похибка становить

. (7.10)

В (7.10) величиною знехтувано.

Для електростатичних вольтметрів

. (7.11)

У (7.11) є результатом недостатньої жорсткості конструкції механізму.