Раздел 2. Второй источник ошибок – влияние наблюдателя (экспериментатора).

Это одна из разновидностей субъективных погрешностей.

Раздел 3. Третий источник ошибок:

Воздействие на измерительную систему окружающей среды.

Источники помех при электрических измерениях.

1. Термоэлектричество (термо ЭДС).

Возникает в случае, когда электрическая цепь в измерительной системе образована из проводников разнородных металлов. Это явление можно наблюдать в виде разности потенциалов, индуцируемой тепловыми процессами в месте контактов материалов, температура которых различна.

+ -

Т₂ Е_т Е_т = k (Т₁ – Т₂)

А В

Т₁

Рис. 10 Схема термопары

Если точка соединения 2-х разнородных проводников А и В (спай) находится при температуре Т₁, а свободные концы – при температуре Т₂, то между ними возникает термо ЭДС Е_т.

Термо ЭДС зависит от типа металла проводников:

Cu – Ag Cu – ковар ¸ 500 мкВ/К

Cu – Au 0,3 мкВ/К Cu – CuO : 1000 мкВ/К

Cu – припой

При некачественной пайке 2-х медных проводников, в месте контакта образуется CuO – окисел меди. Нужно хорошо скручивать проводники, чтобы окисел разрушить, иначе может возникнуть значительная помеха Е_т.

Любая электронная схема содержит массу термопар (например, золоченые выводы интегральных схем с помощью припоя – олово + свинец соединяются с медными проводниками). Поскольку на различных участках корпусов (электронных плат) имеются локальные температурные перепады из-за наличия мощных транзисторов, трансформаторов и пр., в результате этого в измерительных схемах присутствует много паразитных источников помех – термо ЭДС.

На рис. 11 приведен пример, когда сигнал Х на вход измерительной схемы подается по медным проводникам («В»), а внутри схемы этот сигнал передается по посеребренным проводникам («А»)

Если окажется, что контакт «I» будет находиться при температуре Т₁, а контакт «II» - при Т₂, к сигналу Х добавится случайная помеха Е_т (т.к. случайны температурные поля Т₁ и Т₂)_.

Рис. 11

Термо ЭДС в измерительной системе вызывают ошибки смещения нуля («дрейф» нулл) и поэтому носят характер аддитивной помехи.

2.Токи утечки

Если изоляция между двумя проводниками, находящимися под разными электрическими потенциалами, несовершенна – возникает ток («утечки»). Это – помеха. Его величина зависит от многих факторов ( , , влажность, старение материала и пр.). Особенно подвержены токам утечки высокоомные цепи. Эти токи вызывают мультипликативные ошибки, т.к. они эквивалентны включению дополнительной нагрузки.

Для снижения этих токов существует ряд приемов: пыленепроницаемые оболочки, защита от влаги с помощью силикагеля или специальной обработки и т.п.

Здесь Z₁ – импеданс утечки.

Рис. 12

Пример:

Сопротивление между двумя точками на печатной плате на расстоянии 1 см одна от другой составляет £ 10⁸ Ом (т.е. 100 Мом), а входное сопротивление современных СИ (цифровые мультиметры и т.п.) имеют порядок 10 Мом ¸ 1 ГОм, или 10⁷ ¸ 10⁹ Ом, т.е. соизмеримо с сопротивлением утечки.

Можно принять ряд мер, чтобы обеспечить малое значение тока утечки

(пыленепроницаемая оболочка, обработка схемы водоотталкивающим средством и др.).

Эффективным средством борьбы с токами утечки является преобразование входной цепи ИС таким образом, чтобы свести к нулю напряжение на сопротивлении утечки. Один из способов—активная защита(рис. …).

Активная защита устраняет не только резистивную утечку, но также и «емкостную утечку». Действительно, если потенциал защитного экрана изменяется вместе с потенциалом защищаемого проводника, то все импедансы утечки, оказавшиеся внутри экрана, исключаются. В схеме рис. 13 благодаря защитному экрану, окружающему незаземленный провод, происходит исключение импеданса утечки . Если потенциал защитного экрана задается повторителем напряжения с коэффициентом передачи (здесь --относительное отклонение от идеального случая К=1), то лишь -я часть исходного напряжения окажется приложенной к . В результате этого значение импеданса утечки будет казаться возросшим до величины :

.

Например, при импеданс утечки возрастает в 100 раз!

На печатной плате для такой защиты создают вспомогательные проводящие дорожки по обе стороны того проводника, который должен быть защищен. Эти две медные полоски соединяются в одной единственной точке в месте их подключения к выходу повторителя напряжения. Необходимо, чтобы защитный экран возможно ближе подходил к измеряемому объекту и ко входу ИС.

Рис.13 Схема активной защиты для подавления токов утечки.

2. Емкостная наводка помехи

Рис. 14

u_c(t) = u(t) + u_n(t)

Здесь: С_n – паразитная емкость.

Всегда существует некоторая «паразитная» емкость С_n между входом СИ и расположенной поблизости электрической линии ~ тока (питающая сеть, мощный источник ~ тока, и т.п.). В результате во входной цепи СИ будет наводиться напряжение помехи u_n(t).

Напряжение помехи на входе измерительной системы тем больше, чем больше значение совокупного импеданса во входной цепи Z₀; Z_вх. Емкостная наводка помехи является разновидностью аддитивного мешающего воздействия со стороны окружающей среды. Пути снижения емкостных наводок:

§ Увеличение расстояния до источника помех;

§ Снижение значения импеданса во входной цепи;

§ Экранировка входной цепи:

Рис.15

Однослойного медного экрана достаточно, чтобы обеспечить защиту от емкостных наводок.

Очень важно, чтобы экранирование было полным, а экран не имел зазоров и щелей (особенно при экранировке от в.ч. помех). На рисунке изображено правильное применение симметричного двухжильного кабеля. Экран кабеля необходимо заземлять в точке подключения цепи с наименьшим импедансом. Для системы, в которой измеряется напряжение, это всегда конец кабеля, обращенный к измеряемому объекту ( ), при измерении тока, наоборот . В этом случае разность потенциалов между экраном и двумя проводниками оказывается настолько малой, что сводит к минимуму емкостную наводку со стороны экрана на проводники внутри кабеля.