Выбор прибора

При проведении различного рода измерений для получения правильных результатов необходимо учитывать специфические свойства приборов. Предположим, имеется электрическая цепь, в которой установились определенные токи и напряжения. Включим в нужных нам местам цепи электроизмерительные приборы. Теперь процессы, происходящие в цепи, будут отличаться то тех, которые были до подключения приборов. Объясняется это тем, что приборы потребляют определенную энергию из цепи измерения.

При подключении приборов в цепь процессы могут изменяться не только количественно, но и качественно. Примером может служить схема на электронных лампах, например радиоприемника. Режим работы электронной лампы, как известно, зависит от напряжений на ее электродах (анодах и сетках); при подключении к электродам лампы вольтметра с большим потреблением на них меняется напряжение, следовательно, меняется режим работы лампы. Изменения могут быть настолько большими, что лампа перестанет выполнять функции, возложенные на нее, и приемник перестанет работать.

При выборе приборов следует помнить, что качественные изменения в цепи не допустимы, а количественные должны быть сведены к минимуму. Чем меньше мощность потребляется прибором, тем меньше изменения произойдут в схеме после его включения.

Сказанное можно пояснить примером. Попутно на этом же примере будет показано, какую роль играет методика процесса измерения.

Представим себе, что требуется измерить напряжение срабатывания реле

(показанного на рисунке).

Рисунок 40.6 Измерительная схема для определения напряжения срабатывания электрического реле

Предварительно схема с помощью реостата r₁ была отрегулирована таким образом, чтобы реле сработало. Требуется измерить напряжение срабатывания U_x. Известно, что напряжение U_x ориентировочно равно 10 - 20 В, в нашем распоряжении имеется два вольтметра с подходящими пределами измерения: прибор с пределом измерения 15 В и током потребления 3 мА и прибор на 20 В с током потребления 10 мкА. Прибор имеет класс точности 0,2, а другой - класс 0,5 на первый взгляд кажется, что лучше воспользоваться прибором с большей точностью, т.е. прибором с классом точности, равным 0,2.

Однако если попробуем подключить по очереди приборы, то увидим, что первый прибор покажет 14,2 В, а другой покажет 17,1 В результаты этих двух измерений разнятся на 2,9 В, что составляет более 20%. Если попытаемся проверить приборы, то увидим, что каждый из них укладывается в свой класс точности. Следовательно, максимальная разница показаний не может быть более 0,7 % (0,5 + 0,2), почему же получается разница в 20 %?

Объясняется подобная разница тем, что первым прибором потребляется больший ток. Напряжение U_x равняется разности напряжений источника Е и падения напряжения на сопротивлениях r₁ и r₂, т.е.

U_x = U - (U_r1 + U_r2) (40.6)

В момент подключения амперметра ток I через сопротивления r₁ и r₂ увеличился на величину ΔI, т.е. примерно на 3 мА, так как стрелка прибора отклонилась почти на полный угол шкалы, следовательно, падение напряжения на сопротивлениях r₁ и r₂ увеличилось на величину ΔU, равную:

ΔU = ΔI (r₁ + r₂) =3·10^-3 · 1·10³ = 3 В; (40.7)

Таким образом, напряжение U_x уменьшается на 3 В по сравнению с тем, которое было до подключения прибора.

Следовательно, ориентировочные расчеты показывают, что при данной методике измерения, чем больше сопротивление амперметра, тем больше его влияние на измерительную цепь. Описанная методика измерения является не лучшей из возможных. В принятой методике предварительно схема была отрегулирована реостатом r₁, а потом подключался амперметр для измерения. При этом возникало дополнительное падение напряжения ΔU, которое вносило погрешность измерения. Можно избежать этой погрешности, если изменить методику измерения. Для этого сначала требуется подключить амперметр в цепь измерения, а потом регулировать схему. Когда реле сработает, то напряжение на зажимах амперметра будет соответствовать напряжению срабатывания (с учетом возможной погрешности прибора).

Не следует во всех случаях измерений увлекаться классом точности приборов. Приборы высокого класса точности сложнее, имеют большие габариты, стоимость их выше, их легче повредить и, как правило, работа с приборами большой точности имеет более низкую производительность труда. Однако прибор, имеющий погрешности, превышающие допустимые, совершенно неприемлем для ответственных измерений. Например, требуется измерить токи и напряжения для определения режима работы радиоламп в электронной установке. Для построения характеристик ламп вполне достаточна точность 1 – 2 %. Поэтому для данной работы следует брать прибор класса 1,0 или 1,5 с малым потреблением тока. Неоправданным будет применение прибора класса 0,2 или тем более класса 0,1.