Погрешности и методы компенсации

Во многих случаях практически точность измерения, возможность их проведения в большой степени зависят от собственного потребления мощности прибором. В связи с этим приобретает важное значение одно из основных свойств электростатических приборов: весьма низкое потребление мощности от источника измеряемого напряжения.

Измерительный механизм электростатического прибора теоретически представляет собой чисто емкостную нагрузку. Благодаря этому при включении прибора в цепь постоянного тока через него кратковременно проходит зарядный ток. Потребления мощности на постоянном токе определяется также несовершенством изоляции. Необходимость в хорошей изоляции для получения высоких характеристик прибора представляет собой одно из важнейших требований к конструкции электростатических приборов. Практически в современных приборах входное сопротивление достигает 10 - 100 Ом.

Измерения на переменном токе происходят с некоторым потреблением мощности. Эта мощность зависит от емкости измерительного механизма и частоты измеряемого напряжения.

Следует отметить, что сопротивление изоляции приборов не зависит от частоты, в то время как диэлектрические потери в изоляции увеличиваются с увеличением частоты.

Однако даже при весьма высоких частотах применением специальных конструкций и надлежащим выбором изоляционных материалов, указанные потери можно свести до пренебрежимо малых величин. Поэтому потребление активной мощности может приниматься для указанных выше частот практически равным нулю.

Наряду с некоторыми погрешностями, характерными для всех систем электроизмерительных приборов имеют место специфические погрешности. К ним относятся погрешности, обусловленные контактными электрическими явлениями, поляризацией, влияния внешнего электрического поля.

Контактные электрические явления. Электростатический механизм представляет собой довольно однородный набор проводниковых материалов в измерительной цепи: медь, латунь, бронза, серебро и другие материалы. При контакте различных проводников или при перепаде температур различных мест проводников потоки диффузии электронов неодинаковы. Это вызывает появление у проводников электрических зарядов противоположной полярности. Вследствие этого в пограничном слое между проводниками появляется электрическое поле, уравновешивающее потоки электронов. Наличие этих полей обуславливает существование ряда электрических явлений в местах контакта проводников и в случае электростатических механизмов вызывает появление погрешностей перехода с постоянного тока на переменный. К таким явлениям следует отнести наличие в цепи прибора контактной разности потенциалов (КРП), термоэлектродвижущей силы и других явлений.

Проявление КРП и термо-ЭДС эквивалентно наличию в цепи прибора источника ЭДС, создающего дополнительный вращающий момент. При изменении полярности измеряемого напряжения постоянного тока КРП и термо-ЭДС сохраняют знак неизменным, и поэтому в одном случае складываются, а в другом – вычитаются из измеряемого напряжения, внося в измерения погрешность. Наличие этих напряжений в цепи прибора проявляются различно для вольтметров и электрометров (в зависимости от схемы включения – двойная или бисквитная). Влияние контактных электрических явлений проявляется сильнее всего у низковольтных приборов и у приборов высокого класса точности, как при работе на постоянном токе, когда появляется зависимость показаний от полярности измеряемого напряжения, так и при работе на постоянном токе, если аттестация прибора произведена на постоянном токе.

Применение конструктивно-технологических мероприятий обеспечивает снижения величины КРП в зависимости от конструкции измерительного механизма до 20 – 50 мВ. Полученный уровень удовлетворяет условиям построения приборов класса точности 0,02 – 0,1 для напряжений 300 – 500 В соответственно. Постоянный уровень КРП может быть снижен с помощью специальных схем компенсации. При введении в цепь измерительного механизма прибора источника ЭЛС и встречном включении этого источника и источника КРП не превышает 5 – 6 мВ, что обеспечивает возможность построения приборов классом точности до 0,005.

Причиной термо-ЭДС в измерительной цепи является внутренняя контактная разность потенциалов, проявляющаяся при наличии градиента температур в измерительном механизме. Так как в реальных приборах перепады температур неизбежны, для снижения перепада температур необходимо выбирать элементы конструкции прибора, исключающие неравномерный нагрев, либо конструкции, обеспечивающие необходимый отвод тепла от нагревательных элементов.