9.5. Методическая погрешность при измерении напряжений

При подключении вольтметра его сопротивление шунтирует участок с измеряемым напряжением (рис. 9.5). До подключения вольтметра напряжение на участке а–b было следующим:

,

где Е_Э – эквивалентная ЭДС активного двухполюсника А; R₁ – внутреннее сопротивление двухполюсника; R₂ – сопротивление между точками измерения.

Рис. 9.5. Обобщенная схема измерения напряжения

Примем эту величину за действительное значение. В результате подключения к участку а–b вольтметра с сопротивлением R_V величина сопротивления на этом участке изменится и напряжение станет равным

,

а относительная методическая погрешность составит

,%.

Но – это эквивалентное сопротивление двухполюсника относительно точек измерения. Тогда

. (9.4)

Итак, и в этом случае методическая погрешность отрицательна и зависит от соотношения сопротивлений вольтметра и измерительной цепи. Она не превышает 1%, если сопротивление вольтметра в 100 раз больше сопротивления объекта между точками измерения. У объектов сравнительно большой мощности (трансформаторы, электрические машины и т.п.) R_Э << R_V, и оценка величины методической погрешности становится излишней. Она обязательна при измерении напряжений в электронных устройствах, где должны использоваться электронные вольтметры.

При измерении переменных напряжений высокой частоты следует иметь в виду, что сопротивления таких вольтметров имеют емкостной характер.

10. Измерение частоты, сдвига фаз и коэффициента мощности

Весь спектр измеряемых частот условно делят на два диапазона: низкие и высокие. К низким относятся частоты от инфранизких (менее 20 Гц) до ультразвуковых (20 … 200 Гц). В этом диапазоне находятся и промышленные частоты.

Приборы и методы измерения высоких и сверхвысоких частот относятся к области радиоизмерений и здесь не рассматриваются.

Для измерения и контроля промышленной частоты в узком диапазоне (45–55 Гц) используют электромеханические (электромагнитные и вибрационные) частотомеры классов точности 1,0 и 1,5. Наибольшей точностью обладают цифровые электронно-счетные частотомеры, способные измерять частоты от десятков герц до сотен килогерц. Этими же приборами можно измерять временные интервалы.

Для измерения сдвига фаз между напряжением и током нагрузки в цепях промышленной частоты используют электродинамические и ферродинамические фазометры классов точности 0,2; 0,5; 1,0. Некоторые из этих приборов градуированы не в угловых единицах, а в значениях коэффициента мощности (cos). В исследовательской практике находит применение метод измерения фазового сдвига двухлучевыми и двухканальными осциллографами.

11. Измерение мощности

11.1. Однофазные цепи и цепи постоянного тока

Прямые измерения мощности в таких цепях производят электродинамическими, ферродинамическими или электронными ваттметрами. Схема включения ваттметра, независимо от рода тока, была представлена на рис. 4.8. Последовательные измерительные цепи приборов обычно рассчитаны на номинальный ток 5, реже 10 А, параллельные – на напряжение 100, 150, 300 и 600 В. Если ток и напряжение превышают эти значения, следует использовать масштабные преобразователи. На рис. 11.1 представлена схема измерения активной мощности в однофазной цепи с использованием измерительных трансформаторов. При этом следует помнить, что на результат измерения окажут влияние не только токовая погрешность и погрешность напряжения, но и угловые погрешности трансформаторов.

При отсутствии измерительных трансформаторов постоянного тока прибегают к косвенному измерению мощности методом амперметра и вольтметра.

Рис. 11.1