5. 3.4. Определение влияния формы входного сигнала на показания вольтметров переменного тока

Шкала вольтметра градуируется в действующих U значениях синусоидального напряжения, которое связано со средним значением напряжения постоянным коэффициентом (коэффициентом формы):

,

где – показания вольтметра по его шкале; – коэффициент формы напряжения, для синусоидального напряжения . Таким образом, при синусоидальном напряжении по показаниям вольтметра непосредственно считывают действующие значения напряжения. Для другой формы напряжения ( ≠ 1,11) показания вольтметра могут значительно отличаться от его действующего значения, что приводит к появлению дополнительной погрешности измерений.

Для экспериментальной оценки влияния формы напряжения на показания электронного вольтметра последовательно измеряют сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы при их одинаковой амплитуде. Коэффициенты формы для используемых напряжений: синусоидального — 1,11, прямоугольного — 1, треугольного — 1,15.

Таблица 5. Показания вольтметра при различных формах сигнала

Исследуемая характеристика	Форма сигналов
	синусоидальная	прямоугольная	треугольная
, В	2,5	4,25	2
, В	2,25	3,83	1,74
, В	2,5	3,83	1,93
, %	0	11	2,8

Примеры расчётов для треугольной формы сигналов:

Среднее значение напряжения при любой форме сигнала (в пределах АЧХ вольтметров) для вольтметра среднего значения рассчитывается по его градуировочной характеристике:

При известной форме напряжения можно рассчитать действующее значение измеряемого напряжения:

Дополнительная относительная погрешность влияния формы напряжения на показания вольтметра (в процентах):

В результате проведённого эксперимента можно заметить сильное влияние формы кривой на относительную погрешность. При синусоидальной форме сигнала она составляла , поскольку шкала вольтметра градуируется в действующих значениях синусоидального напряжения. При треугольной форме сигнала погрешность составила , а при прямоугольной ! Это может помочь свести дополнительную погрешность к минимуму.

2. 4. Вывод

   Исследованы характеристики данного электронного вольтметра. Показания поверяемого вольтметра с погрешностью сходятся с результатами образцового. Максимальная приведенная погрешность равна 2%, следовательно, его точность соответствует классу точности 4. Определена рабочая полоса частот вольтметра: от 10 Гц до 7 МГц, определены зависимости между погрешностью значения и формы сигнала: минимальная погрешность при синусоидальной форме (0%), так как показания вольтметра не отличаются от действующего значения, максимальная при прямоугольной (11%). Также были построены графики приведённой и относительной погрешности электронного вольтметра и его амплитудно-частотной характеристики.

5. Список использованных источников

1. Метрология, стандартизация и спецификация: Методические указания к лабораторным работам / Под. ред. Б. Я. Авдеева. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. 64 с.

2. Метрология: учеб.-метод. Пособие / под. ред. Е. М. Антонюка. СПб.: Изд-во СпбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019. 64 с.

Санкт-Петербург,

2021