Для измерения напряжения и тока к исходной электрической цепи подключается измерительный прибор: вольтметр или амперметр. Поскольку измерительный прибор отбирает некоторую энергию от измеряемой цепи, токи и напряжения цепи несколько изменяются, и возникает методическая погрешность измерения. Проанализируем влияние измерительного прибора на цепь с помощью метода эквивалентного генератора.
Вольтметр подключается к 2 узлам цепи А и образует новую ветвь цепи (рис. 1.4.1 а). Напряжение этой ветви и определяет показания вольтметра. Согласно теореме об эквивалентном генераторе исследуемую цепь относительно ветви вольтметра можно представить схемой рис.1.4.1 б.
| 
|
| а) | б) |
Рис. 1.4.1. Схема подключения вольтметра к исследуемой цепи (а)
и эквивалентная схема измерительной цепи с вольтметром (б).
В схеме эквивалентного генератора э.д.с. 
, т. е. равна напряжению холостого хода на зажимах разомкнутой ветви. Это «истинное» напряжение между узлами исходной схемы до подключения вольтметра. Эту величину может измерить «идеальный» вольтметр с сопротивлением 
. Для реального вольтметра с конечным сопротивлением 
всегда будет присутствовать методическая погрешность, обусловленная внутренним сопротивлением эквивалентного генератора 
. Напряжение вольтметра с конечным сопротивлением равно 
, т. е. ниже напряжения до подключения вольтметра. Абсолютная методическая погрешность равна
.
Для снижения влияния методической погрешности на результат необходимо выбирать вольтметр с 
.
Амперметр включается в разрыв одной из ветвей цепи и измеряет ток этой ветви (рис. 1.4.2 а). Согласно теореме об эквивалентном генераторе, исследуемую цепь относительно зажимов амперметра удобно представить параллельной схемой замещения (рис. 1.4.2 б).
| 
|
| а) | б) |
Рис. 1.4.2. Схема подключения амперметра к исследуемой цепи (а)
и эквивалентная схема измерительной цепи с амперметром (б).
В схеме рис. 1.4.2 б источник тока 
равен току короткого замыкания ветви, т. е. току ветви до подключения амперметра. Сопротивление источника - это входное сопротивление цепи относительно зажимов подключения амперметра при обнуленных источниках энергии в цепи. Если амперметр «идеальный» с сопротивлением 
, то весь ток источника замыкается через прибор, и методической погрешности нет. При 
на амперметре возникает падение напряжения, и часть тока 
замыкается через внутренне сопротивление источника . Возникает методическая погрешность
.
Для снижения влияния методической погрешности на результат необходимо выбирать амперметр с 
.
В данной работе эквивалентный генератор, замещающий реальную цепь, образован последовательным соединением регулируемого источника постоянного напряжения (блок А1) и магазина сопротивлений А13 или переменного резистора из блока А7. Схемы электрические соединений экспериментов по выявлению методической погрешности приведены на рис. 1.4.3 – для вольтметра и рис. 1.4.4 – для амперметра.
Для выявления методической погрешности в схеме рис. 1.4.3 вольтметром измеряется напряжение как непосредственно на выходе блока генератора А1 (переключателем блока А13 установлено минимальное сопротивление 0,5 Ом), так и напряжение на выходе цепи, моделирующей эквивалентный генератор (сопротивление А13 увеличивается ступенями до 10 МОм). При увеличении сопротивления блока А13 напряжение на нем возрастает, а напряжение на вольтметре понижается – возникает методическая погрешность.
Рис. 1.4.3. Схема электрическая соединений для определения
методической погрешности измерения напряжения.
Для выявления методической погрешности обусловленной влиянием амперметра, используется цепь рис. 1.4.4. В цепи последовательно соединены генератор постоянного напряжения (А1), переменный резистор 10 Ом (блок А7) и цифровой мультиметр (MY60) блока А3. Переключение пределов измерения мультиметра приводит к изменению тока в цепи и к изменению показаний прибора.
Рис. 1.4.4. Схема электрическая соединений для выявления
методической погрешности амперметра.
Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А3 (510.1).
Перечень аппаратуры
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| G1 | Однофазный источник питания | 218 | ~220 В / 16 А |
| А1 | Блок генераторов напряжения | 212.2 | Постоянное напряжение 0…+15 В, ток не более 200 мА |
| А3 | Блок мультиметров | 510.1 | Аналоговый мультиметр 7050, цифровой мультиметрMY60 |
| А7 | Блок резисторов | 2330 | Переменные резисторы 2х10 кОм; 330 Ом; 10 Ом |
| А13 | Магазин сопротивлений ITC-8 | 1407 | R=0,5 Ом…10 МОм |
