Необходимая априорная информация

Выбирая вольтметр, прежде всего, необходимо выяснить вид исследуемого напряжения: постоянное, переменное (гармоническое или сложной формы), импульсное (периодическая последовательность импульсов или одиночный импульс, прямоугольной или другой формы и т.д.).

Во-вторых, нужно определить, какой параметр переменного напряжения требуется измерить, в каких приблизительно границах лежат возможные его значения и какова допускаемая погрешность измерения.

Наконец, необходимо иметь представление о неинформативных (не измеряемых в данном случае) параметрах исследуемого напряжения и его источника, к которым относятся:

- параметры выходной цепи источника исследуемого напряжения;

- частота "гармонического" напряжения и его коэффициент гармоник (идеально гармонических напряжений не бывает, а погрешность вольтметра зависит от степени "негармоничности" напряжения);

- коэффициент пиковости негармонического напряжения;

- длительность импульса и скважность (коэффициент заполнения) периодической последовательности импульсного напряжения, а также коэффициент его пиковости (если измеряется среднеквадратическое отклонение этого импульсного напряжения).

Знание измеряемого параметра, его возможного значения и допускаемой погрешности измерения позволяет сформулировать требования к назначению, диапазону и точности вольтметра.

Знание параметров выходной цепи источника исследуемого напряжения позволяет сформулировать требования к параметрам входной цепи вольтметра: к входному активному сопротивлению и к входной емкости (подключение любого измерительного прибора к объекту исследования, в том числе и вольтметра к источнику исследуемого напряжения, не должно существенно влиять на режим работы объекта и, особенно, на значение измеряемого параметра).

Знание формы напряжения и ее параметров позволяет сформулировать требования к типу детектора, используемому в вольтметре и параметру, в котором должен быть проградуирована шкала этого вольтметра.

Очевидно, что чем более полной является априорная информация (информация, полученная до измерения) об объекте исследования, тем легче решить поставленную измерительную задачу.

2. Рекомендации по выбору вольтметра
в зависимости от используемого в нем типа детектора

Для измерения постоянного напряжения выбираются вольтметры из подгрупп В2 (вольтметры постоянного напряжения) или В7 (универсальные вольтметры).

Для измерения параметров переменного напряжения выбираются вольтметры из подгрупп В3 (вольтметры переменного напряжения) или В7. Следует помнить, что в этих вольтметрах могут использоваться детекторы (преобразователи переменного напряжения в постоянное) различных типов.

Большинство вольтметров подгрупп В3 и В7 рассчитаны на измерение только СКО гармонического напряжения. В этих вольтметрах могут быть применены детекторы разных типов (детектор пикового отклонения – пиковый, детектор средневыпрямленного отклонения – выпрямительный и детектор среднеквадратического отклонения – квадратичный). Так как фактически измеряемый параметр исследуемого напряжения определяется типом детектора, а вольтметр проградуирован в СКО гармонического напряжения, то только при квадратичном детекторе вольтметр "что измерил, то и показывает". Вольтметры же с пиковым или выпрямительным детекторами "пересчитывают" фактически измеренный параметр в СКО гармонического напряжения.

Например, вольтметр с пиковым детектором измеряет пиковое отклонение входного напряжения, а показывает число в раз меньшее, т.к. предполагается, что на входе вольтметра напряжение гармоническое, у которого амплитуда в больше, чем СКО.

Вольтметр с выпрямительным детектором измеряет средневыпрямленное отклонение, а показывает число в раз большее (именно во столько раз среднеквадратическое отклонение гармонического напряжения больше его средневыпрямленного отклонения). Однако, идеально гармонических напряжений не бывает, поэтому в технических описаниях вольтметров с не квадратичными детекторами приводятся значения допускаемых коэффициентов гармоник К_{г доп}. Должно выполняться условие К_г К_{г доп}, где К_г – коэффициент гармоник исследуемого напряжения. В противном случае не гарантируется точность измерения, приведенная в технических характеристиках вольтметра.

Если необходимо измерить СКО периодического негармонического напряжения то надо выбрать вольтметр, в котором используется квадратичный детектор. Погрешность измерения СКО такими вольтметрами зависит не от формы исследуемого напряжения, а от других его параметров – полосы частот амплитудного спектра и др. Например, вольтметром с квадратичным детектором можно измерять СКО шумового напряжения, о форме реализации которого часто вообще трудно что-либо знать. В лабораторном практикуме используются вольтметры с квадратичным детектором: В3‑57, В7‑40.

Важно также запомнить, что вольтметры подгрупп В3 и В7 всегда градуируются в значениях СКО гармонического напряжения независимо от типа детектора, поэтому всеми ими можно измерять СКО гармонического напряжения, а затем вычислить, например, его амплитуду или средневыпрямленное отклонение.

Если вольтметр подгрупп В3 и В7 содержит выпрямительный или пиковый детектор, то им можно измерять только гармоническое напряжение, так как в его технических характеристиках приводятся погрешности измерения только гармонического напряжения.

Зная форму исследуемого не гармонического напряжения и устройство вольтметра, можно пересчитать показание такого вольтметра в значение требуемого параметра, но его погрешность при таком измерении останется не известной (нет данных о погрешности работы детектора по напряжению не гармонической формы).

Поэтому при исследовании не гармонических напряжений необходимо выбирать вольтметр, метрологически аттестованный для этого напряжения. Как уже было сказано выше, если исследуемое напряжение не гармоническое, то его СКО можно измерять только вольтметром с квадратичным детектором, т.к. их метрологические характеристики напрямую с формой сигнала обычно не связаны. Ограничения на свойства исследуемого напряжения в этом случае сводятся обычно к полосе частот, в которой должны располагаться его спектральные составляющие, и не превышению допускаемого значения коэффициента пиковости К_п – отношения пикового отклонения к среднеквадратическому отклонению.