Влияние частоты измеряемого напряжения на показания вольтметра

Понятие «частотный диапазон» непосредственно ориентирован на синусоидальную форму измеряемого напряжения.

Частотный диапазон вольтметров имеет нижнюю f_н и верхнюю границы f_в. Верхняя граница f_в частотного диапазона определяется реактивными параметрами компонентов измерительной цепи и емкостью монтажа и для аналоговых комбинированных приборов (тестеров) составляет 1020 кГц.

Нижняя граница частотного диапазона f_н в силу инерционности ИМ обычно составляет 20 Гц. При f < f_н начинает сказываться недостаточно хорошее усреднение – стрелка начинает дрожать.

Верхняя граница f_в определяется по допустимому изменению показаний Δ (относительно показания на частоте 50 Гц (рис. 3)), которое обычно принимают равным основной погрешности прибора, определяемой на частоте 50 Гц:

г де   предел допускаемой основной приведенной погрешности при измерениях на переменном токе (указывается на передней панели прибора или в его описании);  предел измерений.

Рис. 3. График зависимости показания  вольтметра (в делениях шкалы) от частоты

Различают нормальную (основную) область частотного диапазона, в которой частотной погрешностью можно пренебречь, и расширенную, в которой к основной погрешности прибора следует прибавлять дополнительную частотную погрешность. На рис. 3 показаны верхние границы нормальной f_в1 и расширенной f_в2 областей частот.

На рис. 3 приведен график зависимости показания  вольтметра (в делениях шкалы) от частоты. При одном и том же напряжении U_x на входе вольтметра с ростом его частоты показание  уменьшается. Величина  =  _f этого уменьшения определяет верхнюю границу частотного диапазона.

За пределами расширенной области частотного диапазона прибор использовать нельзя, так как его погрешность не нормирована.

Влияние формы сигнала измеряемого напряжения на показания вольтметра

Отклонение  подвижной части измерительных механизмов аналоговых комбинированных приборов пропорционально средневыпрямленному значению измеряемой величины U_ср в. Однако шкалы их градуируются в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения.

При градуировке прибора отсчет, полученный по шкале магнитоэлектрического измерительного механизма, умножается на 2,22 при однополупериодной схеме выпрямления и на 1,11 при двухполупериодной, т.е.

U_V = U_ср в  2K_ф = U_ср в   2  1,11 = 2,22U_ср в (3)

для однополупериодного выпрямления;

U_V = U_ср в  K_ф = U_ср в   1,11 = 1,11U_ср в (4)

для двухполупериодного выпрямления,

где U_V   показания вольтметра в среднеквадратических значениях; U_ср в  средневыпрямленные значения синусоидального сигнала; K_ф  коэффициент формы синусоидального сигнала.

При измерении несинусоидальных напряжений необходимо в результат измерения U_V (отсчет по шкале прибора) внести поправку путем соответствующего пересчета показаний прибора. Так, например, при измерении несинусоидального напряжения с коэффициентом формы K_ф x для определения среднеквадратического значения измеряемого сигнала U необходимо выполнить следующий расчет:

(5)

для однополупериодного выпрямления;

(6)

для двухполупериодного выпрямления.

Указанный расчет учитывает только поправку на погрешность из-за отличия формы кривой измеряемого напряжения от синусоидальной. Основная и дополнительные погрешности прибора определяются его классом точности. При расчете погрешности измерения необходимо учитывать также погрешность согласования.

Пример расчета коэффициентов формы и амплитуды приведен в прил. 1.