常用電工測量儀表的特性分析

摘 要：在電工測量中，為正確選擇和使用電工儀表，獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，必須掌握測量儀表的測量特性、誤差范圍及使用條件。根據(jù)實(shí)際測量的需要，應(yīng)使所選的儀表的測量特性、使用條件、誤差等滿足一定的要求。為保證測量精度，應(yīng)使儀表的跟蹤時(shí)間最短，誤差最小。

關(guān)鍵詞：測量儀表；靜態(tài)特性；動(dòng)態(tài)特性

中圖分類號：TM930 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

在電工測量中，為正確選擇和使用電工儀表，獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，必須掌握測量儀表的測量特性、誤差范圍及使用條件。根據(jù)實(shí)際測量的需要，應(yīng)使所選的儀表的測量特性、使用條件、誤差等滿足一定的要求。只有這樣才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠。筆者就此談一下常用電工測量儀表的一般特性。

測量儀表的特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。所謂靜態(tài)特性，就是在靜態(tài)測量中，測量儀表的輸入x（被測量）和輸出y（顯示值）不隨時(shí)間而改變，它的輸入/輸出特性，即靜態(tài)響應(yīng)特性為y=k（x）。具有線性標(biāo)尺的測量儀表，則可表示為y=kx。例如對直流量進(jìn)行測量的電流表及測直流的電壓表等。式中k為比例系數(shù)，有時(shí)也稱為傳遞系數(shù)。當(dāng)k=1時(shí)，儀表顯示值就是被測量的值，當(dāng)k≠1時(shí)，y是儀表的直接顯示值，須乘上比例系數(shù)1/k才能得到被測量的值。

理想情況下，線性儀表的靜態(tài)響應(yīng)特性應(yīng)當(dāng)是斜率為k的直線，但實(shí)際上卻包含了非線性的高次分量，它是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的、是一條在斜率為k的直線兩側(cè)擺動(dòng)的曲線，是由實(shí)際測量中的非線性因素引起的。

靜態(tài)特性還包括以下技術(shù)參數(shù)（技術(shù)特性）：

（2）準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度與誤差緊密聯(lián)系的，它是指測量儀表的讀數(shù)測量值與被測量的真值接近的程度。是儀表的最大絕對誤差與儀表最大讀數(shù)（量限）的百分比。在測量過程中，測量儀表符合一定的測量條件并使其誤差保持在規(guī)定的極限誤差范圍內(nèi)，以保證測量精度。

（3）分辨能力即分辨力。分辨力是測量儀表對被測量值微小變化的反應(yīng)能力。對于精密儀表而言，常提高其分辨力以準(zhǔn)確測量小的被測量值。我們把不能引起測量儀表反應(yīng)變化的被測量的可變化范圍，稱為不靈敏區(qū)或死區(qū)。它是系統(tǒng)誤差分量的一個(gè)重要來源。對于大電量測量時(shí)，為減少被測量微小變化而引起的不需要的響應(yīng)變化，有時(shí)可故意增大固有死區(qū)。

另外，滯后現(xiàn)象也是儀表的常見特性，滯后現(xiàn)象是由摩擦、機(jī)械傳動(dòng)元件之間的空隙、材料形變、磁性材料磁化等因素產(chǎn)生。例如，在用電磁系儀表測量時(shí)，磁滯誤差將降低儀表在測直流量時(shí)的準(zhǔn)確度。當(dāng)測緩慢增加的直流量時(shí)，儀表示值偏低，在測量緩慢減小的直流量時(shí)，示值又偏高。

儀表良好的讀數(shù)裝置和阻尼同樣可體現(xiàn)儀表的測量特性。儀表標(biāo)尺分度要力求均勻、清晰、直觀。儀表的阻尼良好是要求阻尼時(shí)間短，所謂阻尼時(shí)間，就是指儀表從接通電路開始到指針在讀數(shù)位置上左右擺動(dòng)不超過標(biāo)尺全長的±1%時(shí)止所需要的時(shí)間。當(dāng)然，過阻尼和欠阻尼都不能滿足要求，一般要求阻尼時(shí)間在4～6秒之間。具有良好特性的儀表，不僅易于讀數(shù)，而且自身消耗的功率小，即儀表對被測量的負(fù)載效應(yīng)減到最小，使儀表在測量時(shí)不致于影響到被測量值。

儀表的靜態(tài)特性并非是一個(gè)永恒不變的量，隨著儀表測量次數(shù)的增加和使用時(shí)間的延長，儀表的測量特性隨時(shí)間的慢變化稱為漂移。通常表現(xiàn)為零點(diǎn)和靈敏度的漂移，即測量零點(diǎn)現(xiàn)機(jī)械零點(diǎn)標(biāo)尺位置的不重合，儀表靈敏度發(fā)生變化。當(dāng)然，漂移是有時(shí)間限度的。對于某一儀表而言，最初一段時(shí)間內(nèi)，儀表的特性會(huì)保持基本不變。測量儀表在某一段時(shí)間內(nèi)，其測量特性保持恒定的能力就是通常所謂的穩(wěn)定性。它是衡量儀器、儀表綜合使用性能及使用壽命的一個(gè)重要指標(biāo)。是影響儀表靜態(tài)特性的一個(gè)重要方面。在電工測量時(shí)，應(yīng)注意這一點(diǎn)，以便正確地選擇使用儀表，準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。

那么，什么是儀表的動(dòng)態(tài)特性呢？即在動(dòng)態(tài)測量中，測量儀表的輸入按時(shí)間t的函數(shù)而改變，即為x（t），其輸出也是時(shí)間的函數(shù)即y（t），一般認(rèn)為他們的關(guān)系可以用常系數(shù)微分方程來描述。

儀表在突然瞬變的非周期信號作用下工作時(shí)，受儀表自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，相應(yīng)的輸出就必然落后于變化著的輸入信號，兩者之間的時(shí)間差稱為儀表的跟蹤時(shí)間或響應(yīng)時(shí)間。由此而產(chǎn)生的誤差稱為跟蹤誤差，它是儀表在動(dòng)態(tài)測量中經(jīng)常會(huì)遇到的一種情況。因此，為保證測量精度，應(yīng)使儀表的跟蹤時(shí)間最短，誤差最小。

近些年來，國家采取了進(jìn)一步加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、擴(kuò)大內(nèi)需和拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長的方針政策，給電工儀器儀表行業(yè)帶來了較好的機(jī)遇，市場對電工儀器儀表產(chǎn)品的需求總體上保持著增長的趨勢。目前我國直流電工儀器生產(chǎn)水平、質(zhì)量、系列、品種、規(guī)格都比較完善，產(chǎn)品達(dá)到了一定水平，有的已接近世界先進(jìn)水平，可以滿足用戶需求。但是，交流電工儀器與國外先進(jìn)水平相比還有一定距離，主要是產(chǎn)品種類不齊、成套性差，產(chǎn)品未形成系列，特別是數(shù)字化儀器較少，不能完全滿足用戶要求。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度不斷提高，其測試完全依賴于自動(dòng)測試系統(tǒng)。一些大型科研工程、軍事和宇航工程中的測試也完全依靠自動(dòng)測試系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，因而不斷對自動(dòng)測試系統(tǒng)提出了更高的要求，從完全獨(dú)立的自動(dòng)測試系統(tǒng)到靈活多變的組合式、模塊式自動(dòng)測試系統(tǒng)都是未來市場需求的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[作者簡介]楊保霞（1971.1-），女，鶴壁高級技工學(xué)校教師，講師，研究方向：電子電工教學(xué)。