Внешние и внутренние электрические шумы и наводки

Внешние и внутренние электрические шумы и наводки, а также методы их подавления будут рассмотрены в дальнейшем. Сейчас остальные причины аддитивной погрешности СИ в виде примеров.

Влияние сухого трения на подвижные элементы СИ

Пусть элемент представляет собой массу m, на которую действует упругая сила, сила трения, а также внешняя сила F. Тело движется с постоянной скоростью, сначала вправо, затем – влево. В первом случае (см. рис.) F=F1=Fупр+Fкул=kx+Fкул.

Во втором случае (см. рис) F2+Fкул=Fупр. Выражая во втором случае F2, получим F=F2=Fупр-Fкул=kx-Fкул. Изобразим функцию преобразование графически (левый рисунок). Здесь Δ0y– смещение нуля.

Из рисунка видно, что наличие сухого трения в подвижных элементах приводит не только к аддитивной погрешности СИ, но и к гистерезису функции преобразования.

Конструкция СИ

Ввиду большого разнообразия существующих конструкций СИ, рассмотрим данную причину аддитивной погрешности на простом примере – проволочного реостата. Наличие дискретного шага намотки реостата (конечного диаметра проволоки) приводит к наличию зон нечувствительности СИ.

Контактная разность потенциалов и термоэлектричество

Наличие контактной разности потенциалов проявляет себя в возникновении разности потенциалов на внешних концах двух проводников, выполненных из разных материалов, при контакте их между собой.

Термоэлектрический ток проявляет себя в замкнутой цепи, состоящей из разнородных или даже однородных материалов, при наличии градиентов температур в этой цепи. При этом ток может достигать десятков ампер.

Контактная разность потенциалов

В 1797г. Вольт установил, что если привести в электрический контакт металлы в следующей последовательности: Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, то каждый предыдущий металл приобретёт более высокий потенциал, чем последующий. Контактная разность потенциалов Δφ между двумя металлами – порядка несколько микровольт. Если привести в контакт несколько из этих проводников последовательно, то на возникшую разность потенциалов промежуточные проводники не влияют. Поэтому в замкнутой цепи, состоящей из различных материалов, суммарная разность потенциалов равна нулю.

 

Ток в кольце равен нулю, если температура Т постоянна по всему кольцу.

 

Термоэлектрический ток

Если взять два металла 1 и 2 и привести их в контакт, а концы нагреть так, что Т1 не равна Т2 , то возникает ток, называемый термоэлектрическим током:

Феноменологически возникновение тока в этой электрической цепи можно описать наличием эквивалентной ЭДС, которая называется термо-ЭДС. Для металлов термо-ЭДС описывается уравнением: ε=α(Т1-Т2), где α – коэффициент термо-ЭДС. У металлов α порядка несколько (мкВ)/0С. У полупроводников α порядка 1000 и более (мкВ)/0С.

Для пар металлов (Cu, Bi), (Ag, Cu), (Au, Cu), (Pt, Fe) α≈const в широком диапазоне температур. В случае пар других металлов α зависит от разности Т1 и Т2 и даже может менять знак.

В полупроводниках α сильно зависит от Т (т.е. термоэффект большой и нелинейный). Большое значение α для полупроводников связано с сильной зависимостью проводимости полупроводников от температуры.

У полупроводников смешанного типа термотоки, образованные диффузией электронов и дырок, могут компенсировать друг друга. В свинце (Pb) имеет место полная компенсация термотоков, поэтому при измерении коэффициента α у металлов, как правило, их принято выражать относительно свинца. Также приводят значения коэффициента α по отношению к платине и меди.

Таблица значений коэффициентов термо-ЭДС для некоторых металлов и сплавов
по отношению к свинцу

№ п/п

материал

α, мкВ/С0

№ п/п

материал

α, мкВ/С0

1

Константан

-38.0

10

Свинец

0

2

Копель

-38.0

11

Серебро

2.7

3

Никель

-20.8

12

Медь

2.8

4

Нихром

-18.0

13

Золото

2.9

5

Алюмель

-17.3

14

Вольфрам

3.6

6

Платина

-4.3

15

Железо

15.0

7

Ртуть

-4.4

16

Хромель

24.0

8

Алюминий

-0.4

17

Сурьма

43.0

9

Олово

-0.2