- •Основы метрологии и измерительной техники
- •1.1. Измерение
- •1.1.1. Физическая величина
- •1.1.2. Виды средств измерений
- •1.1.3. Виды и методы измерений
- •1.2. Единство измерений
- •1.2.1. Единицы физических величин
- •Основные и дополнительные единицы физических величин
- •1.2.2. Стандартизация
- •1.2.3. Эталоны
- •1.3. Точность измерений
- •1.3.1. Погрешность результата измерения
- •1.3.2. Погрешности средств измерений
- •1.3,3. Классы точности средств измерений
- •Формы задания классов точности
- •1.3.4. Основная и дополнительная погрешности
- •1.3.5. Методическая погрешность
- •1.3.6. Погрешность взаимодействия
- •1.3.7. Динамическая погрешность
- •1.3.8. Субъективная погрешность
- •1.4. Обработка результатов измерений
- •1.4.1. Обработка прямых измерений
- •1.4.2. Многократные прямые измерения
- •1.4.3. Обработка косвенных измерений
- •1.4.4. Расчет погрешности результата косвенного измерения
1.3.6. Погрешность взаимодействия
Эта составляющая общей погрешности результата возникаетиз-за конечных сопротивлений источника сигнала и прибора. На рис. 1.14 показан вольтметр, входное сопротивление RV которого хоть и велико, но не бесконечно. При подключении вольтметра к источнику ЭДС в цепи потечет ток I, определяемый значением ЭДС Еx, а также значениями внутреннего сопротивления источника Rи и входного сопротивления прибора RV. Поэтому измеряемое вольтметром напряжение UV всегда будет несколько меньше значения
ЭДС Еx, что и приводит к появлению погрешности Рис.1.14. Погрешность взаимодействия Δвз. Погрешность взаимодействия Δвз взаимодействия вольтметра вольтметра и источника напряжения определяется и источника напряжения следующим образом:
U = Еx RV / (Rи + RV ), Δвз = U – Еx = – Еx Rи /( Rи + RV ),
Δвз ≈ – U Rи / RV , δвз ≈ – Rи / RV 100.
При измерениях тока амперметрами также возникает погрешность взаимодействия (рис. 1.15).
Рис.1.15. Влияние амперметра на ток в цепи Рис.1.16. Погрешность взаимодействия прибора
и источника напряжения
Амперметр имеет малое, но не нулевое внутреннее сопротивление RA, и при включении его в цепь ток в ней несколько уменьшается.
Если пренебречь малым значением внутреннего сопротивления Rи, источника Е, считая, что оно гораздо меньше сопротивления нагрузки Rн (Rи << Rн), то можно говорить о том, что ток в цепи с включенным амперметром определяется отношением значения ЭДС Е к сумме сопротивлений нагрузки Rн и амперметра RA. А действительное значение тока Iд в замкнутой цепи без амперметра определяется только сопротивлением нагрузки Rн:
I = E/(Rн + RA); Iд = E/ Rн.
Разница между значениями токов (I – Iд) и есть погрешность взаимодействия Δвз прибора и объекта исследования в данном случае. Абсолютное и относительное значения погрешности взаимодействия равны соответственно:
Δвз = I – Iд ≈ – ERA/Rн2;
δвз ≈ – RA/Rн100.
При работе с переменными напряжениями и токами эта составляющая общей погрешности может быть заметно больше. Рассмотрим, например, взаимодействие прибора и источника периодического напряжения. Поскольку входное сопротивление вольтметра (или осциллографа) в общем случае есть комплексное сопротивление Zвх, состоящее из активной части Rвх и емкостной Свх (рис. 1.16), то общее входное сопротивление есть параллельное соединение активного и емкостного сопротивлений.
Погрешность взаимодействия прибора и источника периодического напряжения определяется следующим образом:
Δвз = U – UД; Δвз ≈ – Rи U / Zвх; δвз ≈ – Rи / Zвх100.
Погрешность взаимодействия в этом случае тем больше, чем меньше комплексное входное сопротивление Zвх, т. е. чем меньше активная составляющая Rвх и чем больше значение входной емкости Свх. С ростом частоты сигнала емкостная составляющая Zвх сильно уменьшается, что приводит к увеличению погрешности взаимодействия.
Правда, на низких частотах сигналов (а в электрических цепях промышленной частоты они сравнительно низкие – верхняя граница спектра обычно не выше сотен герц – единиц килогерц) емкостная составляющая Свх (обычно это десятки – сотни пикофарад) практически не проявляется и можно говорить только об активной составляющей Rвх общего входного сопротивления Zвх прибора.