Вплив частоти вимірювального сигналу на покази

Вимірювальних приладів

При вимірюваннях на змінному струмі одною із впливних величин, які можуть спричинити виникнення додаткових інструментальних похибок приладу, є частота f вимірювального сигналу. Для кількісного оцінювання впливу частоти сигналу на точність вимірювання використовують оцінки додаткової абсолютної DU_f, В та додаткової відносної d_f, % похибок показів приладів від впливу частоти вимірювального сигналу, або просто - додаткової абсолютної DU_f, В та додаткової відносної d_f, % частотних похибок показів приладів.

Вплив частоти сигналу на покази вимірювального приладу спричинений наявністю реактивних елементів у вхідних колах приладу (вхідні ємності та індуктивності, ємності монтажу тощо) та інерційністю вимірювальних механізмів аналогових приладів.

Для частоти f вимірювального сигналу як впливної величини згідо із чинними нормативними документами (див. 2; с. 139-143) встановлюють нормальну f_н, Гц і робочу f_р, Гц області значень.

Частотний діапазон вимірювальних приладів позначають наступним чином: 45¼1000 ¼ 4000 Гц, де підкреслений діапазон 45…1000 Гц становить нормальну частотну область f_н, Гц, а діапазон 1000¼4000 Гц – робочу частотну область f_р, Гц.

Якщо частота ,Гц вимірювального сигналу u_x (t) лежить в межах нормальноїчастотної області f_н, Гц даного приладу, то додаткова частотна похибка d_f = 0. Якщо ж частота ,Гц виходить нормальноїчастотної області f_н, Гц, але лежить в межах робочої частотної області f_р, Гц, то додаткова частотна похибка d_f ¹ 0 і одним із способів знаходять її граничне значення d_f,гр,%, яке враховують у сумарній похибці вимірювання даним приладом.

Якщо частота ,Гц виходить за межі робочоїчастотної області f_р, Гц, то даним приладом здійснювати вимірювання не можна, а потрібно вибрати прилад із ширшим частотним діапазоном.

Вплив частоти сигналу на точність показів вимірювальних приладів встановлюють двома способами:

а) нормують окрему додаткову частотну похибку, причому границя допустимої додаткової частотної похибки d_f,гр, викликаної зміною частоти сигналу від нормальної або від границі нормального діапазону частот до будь-якої в суміжній області робочого діапазону частот, дорівнює границі допустимої основної зведеної похибки приладу g_гр, %. Наприклад, для амперметра типу Д5054 класу точності 0,1 з частотним діапазоном 45¼500 ¼1500 Гц додаткова частотна похибка в робочому діапазоні частот 500…1500 Гц d_f,гр = ± 0,1 %;

б) повний частотний діапазон приладу розділяють на піддіапазони і для кожного піддіапазону нормують допустиму основну зведену похибку приладу g_гр, % з врахуванням додаткової частотної похибки, тобто прилад на різних частотних піддіапазонах має різний клас точності. Наприклад, електронний вольтметр середніх значень типу Ф5053 класу точності 0,5 має частотний діапазон 10¼ 40¼10⁵ ¼10⁶ Гц, який розділено на 8 піддіапазонів і для кожного з них встановлено свій клас точності, причому клас точності 0,5 відповідає тільки нормальному діапазону частот (див. табл. 2.2).

Таблиця 2.2

Зміна класу точності вольтметра типу Ф5053 в залежності

Від частотного діапазону

, Гц	10...20	20...30	30...40	40...10^5	2×10^5... 4×10^5	2×10^5... 4×10^5	4×10^5... 6×10^5	6×10^5... 10^6
gгр, %	2,5	1,5	1,0	0,5	1,0	1,5	2,5	4,0

 

Зауваження! Поняття низька і висока частота вимірювального сигналу для кожного вимірювального приладу є поняття індивідуальні, які визначаються нормальним і робочим частотним діапазоном цього приладу. Зазвичай, низькою вважають частоту сигналу в нормальній частотній областіцього приладу, а високою – у робочійчастотній області, особливо у верхній його частині. Наприклад, для амперметра електродинамічної системи типу Д5054 з частотним діапазоном 45…1000 …1500 Гц високою можна вважати частоту, більшу від 1000 Гц (див. 2; с. 200-202); для вольтметра випрямної системи типу Ц4311 з частотним діапазоном 45…55 …16000 Гц – частоту, більшу від 10000 Гц; для вольтметра ємнісної системи типу С502 з частотним діапазоном 45…1×10⁶ …4×10⁶ Гц – частоту, більшу від 1 МГц.

У вимірювальній практиці на низьких частотах (50...20000 Гц) зазвичай використовують електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні та випрямні вимірювальні прилади, а на високих (до 50 МГц) – електростатичні та термоелектричні. Аналогові електронні та цифрові вимірювальні прилади можна використовувати у широкому діапазоні частот 10 Гц … 10 Мгц.

Оцінки додаткової абсолютної DU_f,В та додаткової відносної d_f,% частотних похибок показів приладів визначають експериментально за схемою, зображеною на рис.2.1,шляхом порівняння показів досліджуваного вольтметра ,В при вимірюванні напруги синусоїдного сигналу u_с (t) на деякій і -й частоті f_i, Гц із його показом ,В на основній частоті f_о, Гцза умови, що вхідна напруга схеми U_вх = U_N є сталою на всіх частотах f_i, на яких проводять дослідження.

Для забезпечення цієї умови використовують основний (зразковий) вольтметр, у якого нормальний частотний діапазон ширший, ніж частотний діапазон, у якому проводять дослідження, тобто у нього відсутня додаткова похибка від впливу частоти вимірювального сигналу.

Як основну приймають таку частоту f_о, Гц, на якій додаткова частотна похибка d_f,% показів досліджуваного вольтметра дорівнює нулю, наприклад, f_о =50 Гц.

Забезпечивши умову, що показ зразкового вольтметра U_N у процесі дослідження у всьому частотному діапазоні є сталим (U_N = const), за отриманими показами досліджуваного вольтметра та знаходять:

· значення абсолютної частотної похибки DU_f, В -

, В; (2.18)

· значення відносної частотної похибки d_f,% -

(2.19)

ПРАКТИЧНІ ВКАЗІВКИ