Правильне вимірювання напруги та струму
Вимірювання напруги
При вимірюванні напруги вольтметр підключається безпосередньо до клем джерела напруги. Якщо напруга вимірюється в ланцюзі на резисторі або вузлі, вольтметр повинен бути підключений паралельно.
Вимірювальний пристрій відображає значення лише тоді, коли через нього протікає струм, і відображається напруга генерується при його внутрішньому опорі. Цей внутрішній опір являє собою навантаження для вимірюваної напруги: чим менший опір вимірювального механізму, тим більша похибка вимірювання. (Див. Також: Коментарі до завантаженого дільника напруги).
Внутрішній опір вольтметра R M визначається виробником в омах/вольтах для заданого діапазону вимірювань. Це використовується для розрахунку максимально допустимого струму при повному відхиленні. Якщо вимірювана напруга перевищує максимальний діапазон вимірювання вольтметра, його діапазон повинен бути розширений відповідним послідовним резистором R V.
За допомогою звичайних мультиметрів вам більше не доведеться про це турбуватися і не проводити ніяких розрахунків корекції. Вони демонструють постійний дуже високий вхідний опір, як правило, 10 МОм у всіх діапазонах напруги. Наступні подання продовжують застосовуватися до внутрішнього розширення діапазону вимірювань. Коефіцієнт n означає розширення діапазону, за допомогою якого розраховується необхідне значення опору баласту.
Вимірювання струму
Вимірюваний струм повинен протікати через амперметр і знаходиться в ланцюзі ланцюга. Внутрішній опір амперметра дуже малий, тому додатковий опір на схему не впливає негативно. Тому амперметр ні в якому разі не можна підключати паралельно до об'єкта вимірювання, оскільки він тоді коротко замикає об'єкт вимірювання та напругу в точці вимірювання при його низькому внутрішньому опорі.
Якщо вимірюваний струм перевищує максимальний струм, дозволений для повного відхилення, діапазон вимірювання можна продовжити. Для цього паралельно до вимірювального механізму підключається резистор. Струм ділиться на цей шунтувальний або шунтуючий опір R N. Розрахунок проводиться шляхом застосування закону Ома до паралельного з'єднання. Коефіцієнт n вказує, як слід розширювати діапазон вимірювань, щоб амперметр не перевантажувався.
Клас якості та інші похибки вимірювання
Жоден вимірювальний прилад не показує значення, яке слід виміряти з абсолютною точністю. Конструкція приладу викликає помилку відображення. Виробник враховує це, вказуючи клас якості. Подальші неточності вимірювань базуються на особистій помилці зчитування. Положення використання приладу, температура навколишнього середовища, діапазон частот та зовнішні електромагнітні поля можуть спричинити подальші неточності вимірювання.
Класифікація класів якості вказує значення помилки у відсотках на основі повної шкали. Промислові вимірювальні прилади мають клас якості 1 - 6 - 1,5 - 2,5 або 5 відсотків. Для прецизійних вимірювальних приладів значення становлять 0,1 - 0,2 або 0,5 відсотка. Це значення помилки є постійним у всьому діапазоні шкали.
Тому, щоб помилка пристрою не могла занадто багато підробити справжнє виміряне значення, вимірювання слід проводити лише у верхньому діапазоні 2/3 шкали. На діаграмі навпроти показано процентну похибку виміряного значення як функцію діапазону шкали для класу якості 5%. Якщо 100 В вимірюється за допомогою цього пристрою в повній шкалі, справжнє значення може становити від 95. 105 В. Для дисплея 50 В продовжує застосовуватися неточність ± 5 В. По відношенню до виміряного значення, однак, це похибка 10%. Тоді виміряне значення 10 В має похибку 50%, що вже не можна допустити.
Для більш точних вимірювань у верхньому діапазоні шкали вимірювальний прилад повинен бути переключений на оптимальний діапазон вимірювання.
Особисті помилки читання залишаються невеликими, якщо ви вирівняти очі перпендикулярно покажчику. Якщо шкала зберігається в дзеркалі, вказівник повинен відповідати дзеркальному відображенню. Усі інші позиції читання дають занадто високі або занадто низькі показники через паралакс, зсув на лінії шкали ока-шкали.
Одночасне вимірювання струму та напруги
Для одночасного вимірювання струму та напруги в ланцюзі повинні бути дотримані певні вимоги, щоб похибка вимірювання залишалася в межах діапазону похибок, заданих класом якості приладів. Похибки вимірювань пояснюються на наступних двох прикладах схем.
Правильне вимірювання напруги
Амперметр підключається перед точкою підключення вольтметра. При малому та середньому опорі навантаження R відносно великий струм I. Струм несправності I F, який потрібен вольтметру для відображення, є малим порівняно зі струмом I через високий внутрішній опір R M. Оскільки I F F через вольтметр має сильніший вплив на вимірювальний струм I M, тим більше R і R M однакові. Слід зазначити поточну помилку. Якщо похибка вимірювання повинна бути врахована в розрахунку, найкраще підібрати цю установку вимірювання, оскільки внутрішній опір вольтметра майже завжди відомий.
Правильне вимірювання струму
Струм, що протікає в послідовному з'єднанні, завжди відображається правильно. Вольтметр реєструє загальну напругу, паралельну внутрішньому опору амперметра і опору навантаження. При малому та середньому значенні навантаження R протікає великий струм I, який викликає похибку напруги U F при малому внутрішньому опорі амперметра. Чим ближче значення навантаження R наближається до внутрішнього опору амперметра, тим більш неточно можна вивести напругу на опорі навантаження із загальної напруги U.
При великому значенні навантаження R тече набагато менший струм I. Цей струм виробляє значно меншу похибку напруги при тому ж малому внутрішньому опорі амперметра. Оскільки U дорівнює F R, похибка напруги залишається в межах похибки вольтметра.
Напруги завжди вимірюються паралельно джерелу напруги.
Вольтметр не повинен додатково навантажувати джерело напруги. Отже, внутрішнє значення опору має бути великим.
Діапазон вимірювання вольтметра розширений послідовним резистором.
Амперметр йде послідовно зі споживачем і через нього протікає загальний струм.
Внутрішній опір амперметра повинен бути дуже малим, щоб не обмежувати загальний струм наскільки це можливо.
Діапазон вимірювання амперметра розширений паралельним резистором, шунтом.