Погрешность взаимодействия

Эта составляющая общей погрешности результата возникает из-за конечных сопротивлений источника сигнала и прибора. На рис. 6 показан вольтметр, входное сопротивление R_V кото­рого хоть и велико, но не бесконечно. При подключении вольт­метра к источнику ЭДС в цепи потечет ток I, определяемый значе­нием ЭДС Е_x,а также значениями внутреннего сопротивления источника R_ии входного сопротивления прибора R_V. Поэтому из­меряемое вольтметром напряжение U_V всегда будет несколько мень­ше значения ЭДС Е_x,что и приводит к появлению погрешности взаимодействия Δ_вз.

Рис. 6. Погрешность взаимодействия источника напряжения

Погрешность взаимодействия Δ_взвзаимодействия вольтметра и источника напряжения определяется и источника напряжения следующим образом:

U = Е_x R_V / (R_и+ R_V ), Δ_вз= U – Е_x = – Е_x R_и/( R_и+ R_V ),

Δ_вз≈ – U R_и/ R_V ,δ_вз ≈ – R_и/ R_V ´100.

При измерениях тока амперметрами так­же возникает погрешность взаимодействия (рис. 7).

Рис. 7. Влияние амперметра на ток в цепи Рис. 8. Погрешность взаимодействия прибора и источника напряжения

Амперметр имеет малое, но не нулевое внутреннее сопротив­ление R_A,и при включении его в цепь ток в ней несколько умень­шается.

Если пренебречь малым значением внутреннего сопротивле­ния R_и, источника Е,считая, что оно гораздо меньше сопротивле­ния нагрузки R_н(R_и << R_н),то можно говорить о том, что ток в цепи с включенным амперметром определяется отношением зна­чения ЭДС Е ксумме сопротивлений нагрузки R_ни амперметра R_A. А действительное значение тока I_д в замкнутой цепи без ампер­метра определяется только сопротивлением нагрузки R_н:

I = E/(R_н + R_A); I_д = E/ R_н.

Разница между значениями токов (I – I_д)и есть погрешность взаимодействия Δ_вз прибора и объекта исследования в данном случае. Абсолютное и относительное значения погрешности взаи­модействия равны соответственно:

Δ_вз = I – I_д ≈ – ER_A/R_н²;

δ_вз ≈ – R_A/R_н´100.

При работе с переменными напряжениями и токами эта со­ставляющая общей погрешности может быть заметно больше. Рас­смотрим, например, взаимодействие прибора и источника перио­дического напряжения. Поскольку входное сопротивление вольт­метра (или осциллографа) в общем случае есть комплексное со­противление Z_вх,состоящее из активной части R_вхи емкостной С_вх (рис. 8), то общее входное сопротивление есть параллельное со­единение активного и емкостного сопротивлений.

Погрешность взаимодействия прибора и источника периоди­ческого напряжения определяется следующим образом:

Δ_вз = U – U_Д; Δ_вз ≈ – R_и U / Z_вх;δ_вз ≈ – R_и / Z_вх´100.

Погрешность взаимодействия в этом случае тем больше, чем меньше комплексное входное сопротивление Z_вх, т.е. чем меньше активная составляющая R_вхи чем больше значение входной ем­кости С_вх. С ростом частоты сигнала емкостная составляющая Z_вх сильно уменьшается, что приводит к увеличению погрешности вза­имодействия.

Правда, на низких частотах сигналов (а в электрических цепях промышленной частоты они сравнительно низкие – верхняя гра­ница спектра обычно не выше сотен герц – единиц килогерц) емкостная составляющая С_вх (обычно это десятки – сотни пикофарад) практически не проявляется и можно говорить только об активной составляющей R_вх общего входного сопротивления Z_вхприбора.