Третий источник ошибок

Измерительная система находится в двухсторонней связи с окружающей средой. Окружающая среда может существенно влиять на результат измерения: «возмущающее» воздействие.

Примеры:

§ Аддитивные и мультипликативные помехи (термоэлектричество, токи утечки, индуктивные и емкостные наводки помехи и др.).

Четвертым источником ошибок измерения являются несовершенные характеристики СИ.

Рассмотрим природу перечисленных источников ошибок измерения и способы снижения величины этих ошибок.

Раздел1. Первый источник ошибок.

(Обратное влияние на измеряемый объект).

Объект и измерительная система взаимодействуют друг с другом: объект влияет на измерительную систему и наоборот, система оказывает воздействие на объект: влияние объекта на измерительную систему - положительное действие, т.к. при этом осуществляется передача измерительной информации. А вот влияние измерительной системы на объект желательно снизить до минимума, т.к. оно приводит к изменению измеряемой величины (ошибка обратного влияния).

Еще раз приведем высказывание В. Гейзенберга [Л.6]: «Микромир нужно наблюдать по его действиям посредством высококачественной измерительной техники. Однако он уже не будет предметом нашего непосредственного чувственного восприятия… Наши усложненные эксперименты представляют собой природу не саму по себе, а измененную и преобразованную под влиянием нашей деятельности в процессе исследования …»

Основным способом снижения ошибок измерения этого типа является согласование измерительной системы с измеряемым объектом. Различают несколько типов согласования (Два противоположных принципа согласования: анэнергетическое и энергетическое).

1.1.Анэнергетическое согласование.

Цель такого согласования – свести к минимуму передачу энергии или мощности между объектом измерения и измерительной системой.

На рис.2 иллюстрируется принцип анэнергетического согласования.

Рис.2

Результат измерения: U_x = E

При подключении к источнику измерительной системы (вольтметр V), напряжение на выходных клеммах источника уменьшается от E до U_x. Это – методическая систематическая погрешность; ее величина D = U_x – Е = Е (- 1) зависит от соотношения R_v и R_o.

Если задать допустимую относительную погрешность измерения - (где = ), то входное сопротивление R_v измерительной системы (вольтметра V) должно удовлетворять неравенству:

R_v ³ или »

Таким образом, для точного измерения U_x необходимо, чтобы входное сопротивление измерительной системы было много больше внутреннего сопротивления R_o объекта измерения.

Чем выше требуемая точность измерения, тем больше должно быть входное сопротивление измерительной системы.

В необходимых случаях, поскольку эта ошибка относится к разряду систематических ошибок, ее можно исключить расчетным путем или техническим приемом.

Пример:

Дано: R_v=20 кОм R₁=10 кОм R₂=20 кОм  

Рис. 3

а) Расчет погрешности

U_x= 30В

Uрасч._аб = = 20 В (без влияния «V»)

D = U_x- Uрасч._аб = (15-20) В = -5 В; = (!)

Чтобы получить правильный результат, нужно к результату измерения Ux_аб прибавить поправку D_n = - D, т.е.

Ux_точн = Ux_аб + D_п=(15+5) В =20 В

б) Технический прием

Рис. 4

Измерение проводится дважды:

1. Ключ Кл – замкнут

U₁ = U_аб = U_вб = E, где R- выходное сопротивление источника

2. Ключ Кл – разомкнут

U₂ = U_вб= Е

Решая систему уравнений:

Если взять R=R_v, то

Если комплексный входной импеданс средства измерения имеет положительную действительную часть, то СИ будет потреблять некоторую энергию. Если входной импеданс чисто мнимый, то в среднем система не потребляет энергии, но в отдельные моменты времени будет иметь место передача энергии в ту или иную сторону между объектом и СИ.

Пример таких СИ: вольтметр электростатической системы.

Аналогичным образом можно рассмотреть принцип анэнергетического согласования при измерении средством изменения (амперметром А) токовой величины(I):

Рис. 4

Показания прибора:

I_i = I_0, т.е. I_i ¹ I₀

Относительная погрешность измерения:

»

Таким образом, для «токового» СИ необходимо, чтобы входное сопротивление R_i << R₀

Дано:Е=10В R_о=1Ом R_н=49 Ом R_i=10 Ом  

Пример: Цепь с нагрузкой R_н

Рис. 5

Определить погрешность измерения тока.

I_{x =}

При R_i = 0: I₀ =

=

Дата добавления: 2014-01-07