3.6.3 Аналоговые вольтметры сравнения

В большинстве случаев в аналоговых вольтметрах сравнения используют нулевой метод (в так называемых компенсационных вольтметрах). По сравнению с вольтметрами прямого преобразования это более сложные, но и более точные приборы. Кроме того, в момент компенсации они не потребляют мощности от источника питания, следовательно, с их помощью можно измерять э.д.с. маломощных источников питания. В приборах сравнения используется мера.

Принцип действия потенциометра постоянного тока основан на взаимном уравновешивании (компенсации) э.д.с. испытуемого источника и известного падения напряжения на сопротивлении. В качестве меры используется нормальный элемент – электрохимический элемент, э.д.с. которого известна с очень высокой степенью точности (классы точности от 0,0002 до 0,02). Малая погрешность потенциометра определяется высокой стабильностью э.д.с. нормального элемента и чувствительностью нуль-индикатора. Особенностью измерений является тщательное соблюдение полярности соединения; в противном случае добиться компенсации невозможно.

Потенциометры переменного тока по принципу действия аналогичны рассмотренному, однако погрешность их больше (в лучшем случае 0,05%), так как отсутствуют меры э.д.с. переменного тока, аналогичные нормальному элементу.

3.6.4 Расширение пределов измерения напряжения

Для расширения пределов измерения постоянного напряжения используются добавочные сопротивления, подключаемые последовательно с вольтметром. Если необходимо расширить пределы измерения от U_v до U, то величину добавочного сопротивления можно вычислить из выражения

, где R_v – входное сопротивление вольтметра.

Однако при использовании добавочного сопротивления возрастает погрешность измерения из-за неточности изготовления резисторов и появления частотной погрешности.

Для расширения пределов измерения на постоянном токе используют измерительные трансформаторы напряжения. При этом количество витков в первичной обмотке должно быть больше количества витков во вторичной обмотке. Расширенный предел измерения будет равен U = K_UHU_v.

3.6.5 Методическая погрешность при измерении напряжения

Схема включения вольтметра в измерительную цепь представлена на рисунке 3.6.7.

Рисунок 3.6.7 – Сема включения вольтметра в измерительную цепь (R₀ – внутреннее сопротивление источника питания; Е₀ – его э.д.с.; R_v – входное сопротивление вольтметра; R_н – сопротивление нагрузки).

При измерении вольтметр потребляет некоторую мощность; следовательно, при измерении напряжения будет присутствовать методическая погрешность.

До включения вольтметра в цепь напряжение на нагрузке U (действительное значение напряжения) равно

.

Измеренное значение напряжения (после подключения вольтметра) равно

.

Отсюда методическая погрешность измерения напряжения будет

.

Из данного выражения можно сделать вывод, что для уменьшения методической погрешности необходимо выбирать вольтметр с возможно большим входным сопротивлением. Эту погрешность можно исключить и скорректировать результат измерения.