9.3. Методическая и температурная погрешности при измерении токов
Несовершенство метода при измерении тока выражается во влиянии прибора на сопротивление цепи (рис. 9.3). Действительное значение тока (до подключения амперметра)
,
где ЕЭ – эквивалентная ЭДС активного двухполюсного А; RЭ – его эквивалентное сопротивление.
Рис. 9.3. Обобщенная схема измерения тока
После включения амперметра величина сопротивления изменится, и показание амперметра, если предположить, что его инструментальная погрешность равна нулю, будет
,
где RA – сопротивление амперметра.
Абсолютная и относительная методическая погрешность составят
(9.3)
Из полученного выражения следует, что:
а) методическая погрешность при измерении тока всегда отрицательна;
б) ее величина определяется соотношением между сопротивлениями амперметра и цепи, куда он включается.
В частности, если сопротивление амперметра меньше сопротивления цепи в 100 и более раз, методическая погрешность не превысит – 1%. Обычно при измерениях в цепях с рабочим напряжением более 100 В такое соотношение всегда имеет место. Если наличие амперметра предусмотрено конструкцией электроустановки, методическая погрешность, разумеется, отсутствует.
Температурная погрешность возникает в результате изменения под влиянием температуры сопротивления измерительной цепи прибора. У магнитоэлектрических приборов основная составляющая этого сопротивления – сопротивление рамки, обмотка которой выполняется медным проводом. В приборах прямого включения (микро – и миллиамперметры) изменение сопротивления лишь незначительно сказывается на результате, температурная погрешность минимальна. Иначе обстоит дело в амперметрах с шунтами. Резистивный элемент шунта изготовлен из манганина, и его сопротивление от температуры практически не зависит. Сопротивление рамки прибора при изменении температуры изменяется заметно. В результате изменяется распределение токов между прибором и шунтом: при повышении температуры ток, протекающий по рамке прибора, снизится, и наоборот. Для уменьшения температурной погрешности используют различные схемы ее компенсации. Простейший прием – включение в измерительную цепь добавочного резистора R, изготовленного из манганинового провода (рис. 9.4). Сопротивление резистора должно быть в несколько раз больше сопротивления прибора. Тогда суммарное сопротивление измерительной цепи в меньшей степени будет зависеть от температуры, и температурная погрешность будет снижена. Такая компенсация используется в приборах невысокой точности (1,0; 1,5). В точных приборах применяют сложные схемы компенсации с использованием нелинейных резисторов.
У электромагнитных амперметров сопротивление измерительной катушки имеет индуктивный характер, и колебания температуры сколько-нибудь заметной погрешности не вызывают.
Рис. 9.4. Компенсация температурной погрешности при измерении постоянного тока
9.4. Измерение напряжений
Для измерения постоянных напряжений в сравнительно низкоомных цепях используют магнитоэлектрические вольтметры. Их внутреннее сопротивление обычно не ниже 10 кОм/В, что в большинстве случаев позволяет не учитывать методическую погрешность.
В высокоомных цепях необходимо применять электронные (аналоговые или цифровые) вольтметры, сопротивление которых, как правило, более 1 МОм и не зависит от диапазона измерения. В некоторых случаях при измерениях, требующих высокой точности, используют потенциометры.
Поскольку измерительные цепи вольтметров обычно содержат добавочные резисторы, изготовляемые из манганина, температурная погрешность практически отсутствует.
При измерении переменных напряжений промышленной частоты обычно используют электромагнитные вольтметры. Однако они имеют низкую чувствительность и, что всегда следует помнить, низкое входное сопротивление (порядка 0,5 кОм/В). По этой причине для измерений в высокоомных цепях они совершенно непригодны. Если измеряемое напряжение превышает 1000 В, следует использовать измерительные трансформаторы напряжения.
Для измерения переменных напряжений повышенной и высокой частоты используют электронные аналоговые или цифровые вольтметры. Если форма измеряемого напряжения отличается от синусоидальной, возникает дополнительная погрешность, которую в некоторых случаях удается учесть, как это было показано в главе 6.