Аналогових та цифрових вольтметрів

2.3.1. Неточність вимірювального приладу як інструмента для виконання вимірювання. Будь-який вимірювальний прилад (як аналоговий, так і цифровий) через ряд причин, які означені нижче, не є абсолютно досконалим технічним засобом. Недосконалість (неточність) вимірювального приладу у метрології характеризують його інструментальними похибками, які поділяють на основну та додаткові.

Основна інструментальна похибка приладу спричинена неточністю та нестабільністю елементів його вимірювальної схеми (резисторів, конденсаторів, мікросхем тощо) та недосконалістю конструкції.

Додаткові інструментальні похибки приладу спричинені впливом на покази приладу зовнішніх факторів – температури і вологості повітря, магнітного поля, частоти і форми сигналу тощо.

Основна інструментальна похибка приладу у вимірюванні присутня завжди, а додаткові інструментальні похибки виникають тільки за певних умов – коли значення впливних величин (температури повітря, напруженості магнітного поля, частоти сигналу тощо) виходять за межі нормальної області значень, але знаходяться в межах робочої області значень. Впливною називають фізичну величину, яка впливає на результат вимірювання, але не є вимірюваною (детальніше див. 1; с.187-195).

Для оцінювання якості вимірювання у метрології використовують поняття похибки результату вимірювання (або просто похибки вимірювання) Dх, яка дорівнює відхиленню отриманого результату вимірювання х від істинного значення вимірюваної величини Х, тобто Dх = х – Х.

Оскільки істинне значення вимірюваної величини Х завжди невідоме, то невідомим є і істинне (фактичне) значення похибки вимірювання Dх. Тому на практиці у метрології знаходять оцінки похибки вимірювання Dх у формі безумовних ± Dх_гр або умовних (довірчих) ± Dх_дов границь інтервалу, в якому із заданою ймовірністю Р_дов міститься фактичне значення похибки Dх.

Граничні значення основних абсолютних ± Dх_гр і відносних ± d_{х, гр} похибок показів вимірювальних приладів знаходять за отриманим показом приладу та його метрологічними характеристиками - класом точності і границею вимірювання.

2.3.2. Оцінювання основних інструментальних похибок показів аналогових вольтметрів. Клас точності всіх аналогових вимірювальних приладів виражають у формі граничного значення зведеної похибки g_х, _гр., % як відношення граничного значення основної абсолютної похибки Dх_гр до нормувального значення х_N, яке, зазвичай, дорівнює границі вимірювання приладу х_к, тобто

(2.8)

Граничне значення основної абсолютної похибки ± DU_V, _гр., В показу аналогового вольтметра із врахуванням (2.8) знаходять за формулою:

В, (2.9)

а граничне значення основної відносної похибки d_{V, гр.}, % -

. (2.10)

де g_V, _гр – граничне значення зведеної похибки вольтметра, яке чисельно дорівнює його класу точності, %; U_к – границя вимірювання вольтметра, В; U_V - показ вольтметра, В.

Приклад 2.1. Мілівольтметром випрямної системи типу Ц4311 класу точності 1, 0 з границею вимірювання U_к = 300 мВ у нормальних умовах виконали вимірювання напруги і отримали показ U_V = 200 мВ.

Знайти граничні значення абсолютної± DU_V, _гр., В та відносної d_{V, гр.}, % похибок отриманого показу вольтметра.

Розв’язання. Граничне значення основної абсолютноїпохибки ± DU_V, _гр., В отриманого показу мілівольтметра відповідно до (2.9) дорівнює:

мВ.

Граничне значення основної відносної похибки d_{V, гр.}, % отриманого показу мілівольтметра відповідно до (2.10) можна знайти двома способами:

або

2.3.2. Оцінювання основних інструментальних похибок показів цифрових вольтметрів. Клас точності цифрових вимірювальних приладів відображають двома числами c і d, вираженими у % і записаними через дробову риску – c / d, наприклад, 0, 2/0, 02.

Граничне значення основної відносної похибки d_{V, гр.}, % показу U_V , В цифрового вольтметра з границею вимірювання U_к, В знаходять за формулою:

(2.11)

а граничне значення основної абсолютної похибки DU_V, _гр., В -

, В. (2.12)

Приклад 2.2. Цифровим вольтметром типу В7-21А класу точності 0, 4/0, 05 з границею вимірювання U_к = 10 В у нормальних умовах виконали вимірювання напруги змінного струму і отримали показ U_V = 5 В.

Знайти граничні значення абсолютної± DU_V, _гр., В та відносної d_{V, гр.}, % похибок отриманого показу вольтметра.

Розв’язання. Спочатку обчислюємо граничне значення основної відносної похибки d_{V, гр.}, % отриманого показу вольтметра за формулою (2.11):

Граничне значення основної абсолютноїпохибки DU_V, _гр., В отриманого показу вольтметра відповідно до (2.12) можна знайти двома способами:

В,

або В.

Як видно із формул (2.9) і (2.10) для аналогових вольтметрів та із формул (2.11) і (1.12) для цифрових вольтметрів для зменшення граничних значень основних інструментальних похибок необхідно, щоб покази приладів U_V були якомога ближчі до границі вимірювання U_к. Отже, границю вимірювання вольтметра U_к слід вибирати з умови U_к ³ U_V, В, де U_V – очікуваний показ вольтметра, за який при рзв¢ язуванні задачі можна прийняти орієнтовне значення вимірюваної напруги U_х, В.