Техника измерения напряжений и токов

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 относятся: его назначение, диапазон измерений, область рабочих частот, входное сопротивление (активная и реактивная составляющие) и класс точности.

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

В высокоомных цепях для измерения 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 сто) раз больше сопротивления исследуемой цепи, влиянием входного сопротивления вольтметра на объект и результат измерения можно пренебречь (дополнительная погрешность измерения при этом 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 напряжений синусоидальной формы нужно применять вольтметры с соответствующей областью рабочих частот. 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 емкостный 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 подключенного 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.

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

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 _x == Uо/Rо,

где Uо — падение напряжения на образцовом резисторе Rо, измеренное вольтметром. Для получения минимальных погрешностей измерения сопротивление резистора Rо должно быть много меньше сопротивления цепи, в которой измеряется ток.