Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 129

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Чему же равна результирующая погрешность АА в опреде­ лении величины А и при той же степени вероятности ее появ­ ления, что и частных погрешностей ^ХА, Ду Л, Д2 Л? В теории вероятностей доказывается, что

ДЛ = V (КА)2 + ( M ) 2 + (Дг Л)2

Как видно из этого выражения, результирующая погреш­ ность меньше суммы абсолютных значений всех частных по­ грешностей, ее определяющих. Это обусловлено тем, что ча­ стные погрешности — лишь средние случайные погрешности. Фактические же случайные погрешности, вошедшие в резуль­ таты сделанных конкретных прямых измерений величин х, у, z, могли иметь большие или меньшие значения, а главное, практически невероятно, чтобы эти фактические случайные по­ грешности прямых измерений всех величин х, у, z (точнее, соответствующие им фактические частные погрешности), ока­ зались бы одного и того же знака. Если же фактические част­ ные погрешности будут иметь различные знаки, то, следова­ тельно, будет иметь место их частичная взаимная компенса­ ция, которая и оказывается учтенной в вышеприведенном вы­ ражении.

Если же решается обратный вопрос — по заданной

погреш­

ности

косвенного измерения определить

допустимые

погреш­

ности

производимых при этом прямых

измерений, — то

при

его решении исходят из того же выражения зависимости

меж­

ду этими погрешностями, но только теперь левая часть этого выражения является известной заданной величиной, а значе­ ния частных погрешностей в правой часта этого выраже­ ния и соответствующие им значения погрешностей отдельных прямых измерений Ах, Ay, Az требуется определить. Однако здесь возможны, в каждом конкретном случае, самые разнооб­ разные и многочисленные решения, зависящие от того, какие принимаются пропорции между отдельными частными по­ грешностями в пределах заданного значения суммы их квад­ ратов. В процессе решения такой задачи обычно учитывают степень трудности выполнения отдельных прямых измерений, производимых при данном косвенном измерении, и на долю наиболее трудно выполнимогоизмерения «отпускают» наиболь­ шую частную погрешность, после чего определяют, насколько трудно выполнить остальные прямые измерения с погрешно­ стями, приходящимися на их долю. Таким образом, вопрос решается в этом случае, фактически, подбором (исходя из кон­ кретных условий выполнения производимых прямых измере­ ний) относительной трудности получения точных результатов при этих измерениях и степени влияния погрешностей этих прямых измерений на конечный результат производимого кос­ венного измерения.

26


 

 

 

ГЛАВА

I I

 

 

 

 

 

 

 

МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

 

 

 

 

§

1.

МЕРЫ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ

СИЛЫ

 

 

 

В качестве мер электродвижущей силы,

как

рабочих,

так

и образцовых,

применяются

 

нормальные элементы

различ­

ных классов точности. Нормальные элементы

представляют

собой гальванические элементы определенного состава

и кон­

струкции,

изготавливаемые

из

химически весьма чистых

ве­

ществ, согласно

тщательно

разработанной

технологической

инструкции, в результате чего

получают

элементы

со

значе­

ниями э. д. с ,

находящимися

в определенных

весьма

узких

пределах

(всего

несколько сотых долей

процента)

и в

даль­

нейшем весьма стабильными во времени.

 

 

 

 

 

 

Нормальные элементы изготавливаются двух основных ти­

пов: насыщенные и ненасыщенные.

 

 

 

 

 

 

На рис. II-1 схематически

показано

устройство

насыщен­

ного нормального элемента.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

Как видно из рис. I I - 1 , такой элемент представляет собою Н-образную стеклянную запаянную оболочку б, каждое из двух

27


колен которой заполнено определенными веществами 1, 2, 3, 4, поверх которых имеется слой жидкого электролита 5. В до­ нышко каждого колена впаян платиновый проволочный вы­ водной электрод 7.

В нижней части «отрицательного» колена (на рис. II-1 — левого) до «перетяжки» находится некоторое количество амальгамы кадмия / примерно с 12-процентныім содержанием кадмия. Поверх амальгамы кадмия расположен слой 2 кри­ сталлов сернокислого кадмия CdS04 -8/3H20 (8/ЗН 2 0 показы­

вает водное содержание этих кристаллов).

 

 

 

В нижней части «положительного» колена (правого

на

рис. II-1) до первой «перетяжки» находится

чистая ртуть

3, а

над ней—в промежутке между первой и второй

«перетяжка­

ми» — слой пасты-деполяризатора

4, состоящей

из смеси

размельченных

кристаллов сернокислого кадмия

и сернокис­

лой ртути Hg2 S04.

 

(как и в левом

Поверх этого слоя пасты-деполяризатора

колене поверх

амальгамы кадмия)

расположен

слой

кри­

сталлов сернокислого кадмия. Верхняя часть оболочки,

как

уже указывалось, заполнена электролитам

5 — насыщенным

водным раствором сернокислого кадмия (отсюда и наименова­ ние элемента — «насыщенный»); насыщенность этого раствора обеспечивается наличием кристаллов сернокислого кадмия.

Верхние концы стеклянной оболочки элемента после запол­ нения ее перечисленным выше содержимым запаиваются или закрываются герметически каким-либо другим способом.

Согласно ГОСТ 1954—64, насыщенные нормальные эле­

менты изготавливаются трех

классов точности — 0,001, 0,002 и

0,005 и обладают

основными

метрологическими характеристи­

ками, указанными

в табл. 11-1 (в которой приведены данные

также и для элементов класса 0,02 — ненасыщенных).

 

Действительное

значение

Класс

э . д. с. при т е м п е р а т у р е

-. 20°С,

«

т о ч н о сти

 

 

 

от

до

 

Т а б л и ц а

II-1

Д о п ускаемое

Наибольший

Т е м п е р а т у р а

изменение

допускаемый

применения,

э. д. с. за год,

ток в течение

 

*- С

мае, %

1 мин, мка

 

0,001

1,01859

1,01863

10; 0,001

1

20+0,5

0,002

1,01856

1,( 1866

20;

0,002

1

20 ± 2 , 0

0,005

1,01850

1,01870

50;

0,005

1

Іг-40

0,02

1,0146

1,0194

200;

0,02 .

10

5-^-55

Как видно из данных этой таблицы, насыщенные нормаль­ ные элементы обладают очень высокой воспроизводимостью значений их э. д. с. и исключительно высокой степенью посто­ янства э. д. с. во времени. Обозначение класса точности соот-

28


ветствует допустимому изменению значения э. д. с. (в процен­

тах) на протяжении года. Правда, такая стабильность

полу­

чается только при правильном хранении и применении

элемен­

та. Одно из наиболее важных правил применения

насыщенных

нормальных элементов — это никогда, ни при каких

обстоя­

тельствах

не отбирать от нормального элемента

ток, превос­

ходящий

указанное в таблице значение 1 мка.

Недопустимо,

например, «проверять» значение э. д. с. элемента с помощью какого-либо вольтметра, так как практически у всякого вольт­

метра на такой

предел измерения ('порядка 1 е) входное со­

противление будет ниже I Мом и при самом этом измерении

элемент будет

уже испорчен. С другой стороны, даже и ток,

равный 1 мка, при ТОЧНОІМ измерении или использовании э. д. с.

нормального элемента недопустим, так как нормальные

эле­

менты имеют внутреннее сопротивление

около 1000 ом и ток в

1 мка вызвал бы падение напряжения

внутри элемента

около

1 мв, т. е. примерно

в сто раз большее, чем то значение, с точ­

ностью до которого

обычно известна и используется э. д. с. нор­

мального элемента. Следовательно, насыщенный нормальный

элемент может быть использован

только в такой цепи, где от

него в момент использования его э. д. с. не отбирается

никакой

ток, во всяком случае, не более

1 • 10""9 а. Такую

цепь, на­

пример, представляет для нормального элемента компенсатор постоянного тока (см. гл. V I ) .

Нормальные насыщенные элементы нельзя перевертывать, следует оберегать от тряски, вибраций, а также нельзя подвер­ гать действию отрицательных температур.

Даже при небольших колебаниях температуры следует учи­ тывать их влияние на значение э. д. с. нормального элемента, так как это влияние относительно общего ! уровня точности значения э. д. с. нормального элемента весьма существенно.

Приводимая ниже формула температурной зависимости значения э . дс . насыщенного нормального элемента (тоже нор­ мированная ГОСТ 1954—64) является единой для всех насы­ щенных нормальных элементов и имеет следующий вид:

Et = Еж - 0,0000406 (t — 20) — 0,00000095 (t - 20)2

+

 

•4-0,00000001

—20)', в.

 

 

 

Здесь

Et—значение

э. д. с. данного

нормального

элемента

 

при температуре t°, отличной от +20°С;

 

 

Я'2о° —значение

э.д.с. данного

нормального

элемента

 

при температуре +20°С,

указываемое

в

свиде­

 

тельстве к этому

элементу.

 

 

 

При

небольших отклонениях

температуры

от +20°С ре­

шающее

значение имеет первый

поправочный

член

линейной

задари мости от разности

20°), равный 40,6 мкв/град.

Тре-

29