3. Схеми увімкнення амперметрів і вольтметрів. Методична похибка при вимірюванні струму і напруги

Амперметри вмикають у коло послідовно зі споживачем (рис. 1, а), а вольтметри — паралельно (рис. 1, б).

.

Рис. 1.- Схеми ввімкнення амперметра і вольтметра

Вимірювання струмів і напруг амперметрами та вольтмет­рами супроводжуються методичною похибкою, спричиненою взаємодією вимірювального пристрою з об'єктом вимірюван­ня. Абсолютна методична похибка, зумовлена ненульовим значенням опору амперметра, обчислюється за формулою:

(1.1)

де І — струм у колі без амперметра; I' — струм у колі з увімкненим амперметром; R_H, R_A — опори навантаження і амперметра.

Відносна методична похибка дорівнює:

(1.2)

Отже, значення відносної похибки залежить від відно­шення опору навантаження до опору амперметра, тому для зменшення цієї похибки необхідно зменшувати опір амперметра.

Абсолютна методична похибка, зумовлена впливом вольтметра на режим роботи електричного кола, становить:

(1.3)

а відносна похибка:

(1.4)

Таким чином, значення методичної похибки залежить від відношення опору вольтметра R_V до опору навантаження R_H , також від відношення опору вольтметра R_V до внутрішнього опору R_i джерела ЕРС. Для зменшення методичної похибки впливу вольтметра потрібно збільшувати його опір відносно опору споживача і внутрішнього опору джерела ЕРС.

4. Електронні аналогові та цифрові вольтметри та амперметри

Засоби вимірювання, вихідний сигнал яких є неперервною функцією вимірюваної величини, а перетворення сигналу вимірювальної інформації здійснюється електронними пристроями, належать до електронних аналогових засобів вимірювання. Застосування електронних пристроїв у вимірювальних приладах збільшило функціональні можливості і значно поліпшило метрологічні характеристики: точність, чутливість, діапазон вимірювання електронних засобів вимірювання порівняно з електромеханічними. У цих приладах вимірювана напруга підсилюється і перетворюється за допомогою вимірювальних аналогових перетворювачів у постійний струм, який вимірюється приладом магнітоелектричної системи.

Електронні вольтметри мають високу чутливість, широкий діапазон (від нано V до kіло V), великий вхідний опір (понад 1МОм), широкий частотний діапазон. Вони можуть бути з прямим або із врівноваженим перетворенням. За родом струму поділяються на вольтметри постійного та змінного струмів.

Вольтметри постійного струму складаються з таких основних частин (рис. 2, а); вхідного багатоступеневого подільника напруги, за допомогою якого можна змінювати діапазон вимірювальної напруги; підсилювача постійного струму, коефіцієнт підсилення якого можна змінювати ступенями; магнітоелектричного вимірювального механізму, призначеного для вимірювання постійного струму.

Послідовне з'єднання подільника напруги дає можливість зробити вольтметр високочутливим і багато діапазонним.

Характеристики вольтметра обмежуються такими недоліками, як нестабільність коефіцієнта підсилення і так званий «дрейф нуля».

Рис. 2 – Блок-схема вольтметрів постійного струму

Для усунення цих недоліків і підвищення чутливості вольтметрів застосовують підсилювач постійного струму, побудований за структурою МДМ (модуляція-демодуляція).

Електронні вольтметри змінного струму складаються з таких частин (рис.3): вимірювального перетворювача змінного струму в постійний; підсилювача; магнітоелектричного вимірювального механізму.

Рис. 3 – Блок-схема вольтметрів змінного струму

Вольтметри змінного струму можуть мати дві структури. У вольтметрах першої структури (рис. 3,а) вимірювальний сигнал надходить на вимірювальний перетворю­вач, потім підсилюється підсилювачем постійного струму і вимірюється магнітоелектричним приладом. Завдяки малій інерційності перетворювачів вольтметри з такою структурою мають широкий частотний діапазон. Однак зазначені вище недоліки підсилювача постійного струму обмежують чутливість таких вольтметрів.

У вольтметрах другої структури (рис. 2, б) вимірюваний сигнал спочатку підсилюється підсилювачем змінного струму, а потім перетворюється в сигнал постійного струму. Такі вольтметри мають високу чутливість, але частотний діапазон обмежується інерційністю підсилювача змінного струму.

Цифровими називаються прилади, у яких вимірювальні величини перетворюються на код, покази яких подані у цифровій формі.

Цифрові вольтметри та амперметри мають велику швидкодію (до десятків і навіть сотень мільйонів вимірювань за секунду); високу точність; можливість легко автоматизувати процес вимірювання. До того ж, результати вимірювання формуються у вигляді коду, який безпосередньо можна подавати для обробки у мікропроцесор.

Цифрові вольтметри і амперметри мають такі самі скла­дові частини, як і аналогові електронні вольтметри і ам­перметри, але на відміну від аналогових до складу цифро­вого приладу обов'язково має входити аналого-цифровий перетворювач. Крім того, для індикації результату вимірювання та іншої вимірювальної інформації до складу цифрових приладів має входити дисплей (рис. 4).

Рис. 4 – Блок-схема цифрових вольтметрів та амперметрів

У зв’язку з бурхливим розвитком мікроелектроніки і мікропроцесорної техніки різко зростає точність, чутливість приладів, значно зменшуються габарити і спожива­на потужність, розширюються функціональні можливості цифрових вимірювальних приладів. Крім суто вимірювальних операцій, у цифрових приладах реалізуються і такі, як автоматичний вибір діапазону вимірювання, обробка результатів вимірювання з метою зменшення похибки вимірювання, вибір моделі об'єкта вимірювання, подання результатів вимірювання у зручній для оператора формі (графіки, діаграми), визначення та індикація похибки вимірювання тощо.