淺談電測儀表誤差的形成及其控制

彭慶輝

(國網(wǎng)安慶供電公司,安徽安慶 246003)

淺談電測儀表誤差的形成及其控制

彭慶輝

(國網(wǎng)安慶供電公司,安徽安慶 246003)

在電測儀表測試過程中,不可避免的會出現(xiàn)一些誤差,如何盡可能減少誤差的出現(xiàn),根據(jù)本人從業(yè)20多年的經(jīng)驗(yàn),從誤差的形成進(jìn)行分析,總結(jié)出一些解決方案。

電測儀表 誤差 形成 控制

測量誤差，按其性質(zhì)和特點(diǎn)，分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。在同一測量條件下，多次重復(fù)測量同一量值時，測量誤差的絕對值和正負(fù)符號都保持不變，或在測量條件改變時按一定規(guī)律變化的誤差，叫做系統(tǒng)誤差；在同一測量條件下，多次重復(fù)測量同一量值時，測量誤差的絕對值和正負(fù)符號以不可預(yù)知的方式變化，叫做隨機(jī)誤差；粗大誤差又稱疏忽誤差或過失誤差，它的發(fā)生是由于測量者技術(shù)不熟練，測量時不小心或外界環(huán)境條件的突然變化等原因而引起的，誤差值一般比較顯著，對確認(rèn)含有粗大誤差的測量數(shù)據(jù)，應(yīng)予以剔除。

下面，我想著重談一談系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差分為定值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。

期望與真值之差就是定值系統(tǒng)誤差，如果用算術(shù)平均值代替期望，那么，我們也可以認(rèn)為算術(shù)平均值與真值之差就是定值系統(tǒng)誤差。因此，當(dāng)我們用某一計(jì)量器具對某量進(jìn)行多次測量后，取得算術(shù)平均值，然后再用準(zhǔn)確度等級更高的計(jì)量器具對同一量仍進(jìn)行多次測量，并把它的平均值當(dāng)作約定真值，則前后兩次測量的算術(shù)平均值之差就可以認(rèn)為是定值系統(tǒng)誤差。我們?nèi)粘＿M(jìn)行的檢定工作，主要任務(wù)之一就是發(fā)現(xiàn)儀器儀表的定值系統(tǒng)誤差。定值系統(tǒng)誤差不影響測得值的殘差，它對重復(fù)測量的每一結(jié)果的影響相同，從測量列的原始數(shù)據(jù)本身，看不出有無定值系統(tǒng)誤差存在，常采用對比檢定法、均值與標(biāo)準(zhǔn)差比較法等方法來發(fā)現(xiàn)。

變值系統(tǒng)誤差是指在多次重復(fù)測量同一量值時，由于在測量過程中，測量條件有變化，而使誤差的絕對值和正負(fù)符號按一定規(guī)律變化的誤差，又分為線性系統(tǒng)誤差、周期系統(tǒng)誤差和復(fù)雜系統(tǒng)誤差三種類型。

在精密測量中，對比較顯著的系統(tǒng)誤差，應(yīng)細(xì)致敏銳地查找其產(chǎn)生的原因和變化規(guī)律，否則不但不能對系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正和消除，甚至還不知道是否有誤差存在，尤其是變值系統(tǒng)誤差，它將歪曲隨機(jī)誤差的分布規(guī)律，使對隨機(jī)誤差不能進(jìn)行正確的分析和估算，應(yīng)引起高度重視。

下面我想就如何減小和消除系統(tǒng)誤差談一點(diǎn)自己的看法。

削弱或消除系統(tǒng)誤差的技術(shù)措施，主要途徑有三個方面：(1)從誤差根源上消除；(2)在測量過程中采取一定措施，避免系統(tǒng)誤差引入測量結(jié)果；(3)設(shè)法掌握系統(tǒng)誤差的具體大小數(shù)值，從測量結(jié)果中修正。

從事實(shí)驗(yàn)或測試的人員在試驗(yàn)前對測量過程中可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的各個環(huán)節(jié)作仔細(xì)分析，從產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的根源上消除，這是最根本的方法。

首先，測試時應(yīng)選擇誤差等級能滿足要求的計(jì)量器具，但要注意的是，計(jì)量器具的準(zhǔn)確度等級指標(biāo)往往不與測量結(jié)果的準(zhǔn)確度相對應(yīng)，這是因?yàn)椴簧儆?jì)量器具的準(zhǔn)確度等級是根據(jù)測量上限定的。例如：上量限100mA的0.5級電流表，在測量100mA時最大相對誤差(其中：Ax為測量儀表的指示值，Am為測量儀表的上限值，K%為準(zhǔn)確度等級)，在測量10mA時最大相對誤差；若上表的準(zhǔn)確度為0.2級，其它相同，則在測量1 0 m A時最大相對誤差綜上兩例分析可得，當(dāng)表量程及測值不變時，儀表準(zhǔn)確度越高測量結(jié)果越準(zhǔn)確，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度并不等于(一般小于)儀表的準(zhǔn)確度，除非測值為滿量程時，才能保證使測量誤差達(dá)到準(zhǔn)確度等級。又例如：某電壓表準(zhǔn)確度為2.5級，量程為250V，用該表分別測量220V和110V電壓，最大相對誤差計(jì)算如下

由上例可以看出，在測量儀表準(zhǔn)確度一定的情況下，被測量值越接近所選量程值，則測量誤差越小，反之則越大，實(shí)際工作中一般把被測量指示范圍選擇在儀表標(biāo)度尺滿刻度的2/3以上，以確保測量誤差較小。所以，選擇計(jì)量器具時，不但應(yīng)考慮到它的準(zhǔn)確度等級，還應(yīng)考慮它的使用范圍。第二，有的測量儀表反映的是被測量的有效值，有的反映的是平均值或峰值，所以，還應(yīng)該根據(jù)測量目的和要求選用合適的儀表，否則也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。第三，測量儀表的內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響也不容忽視，因?yàn)閮x表內(nèi)阻有可能嚴(yán)重破壞電路的使用工況，即使儀表本身是準(zhǔn)確可靠的，也會得出錯誤的結(jié)果；我們希望與電路串聯(lián)的測量儀表的電阻越小越好，與電路并聯(lián)的測量儀表的內(nèi)阻越大越好，否則也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。第四，有些測量儀器配有專用導(dǎo)線或?qū)?dǎo)線電阻的大小有要求，使用時，也必須滿足。例如：低量限的電壓表和與分流器組合使用的大量限電流表，必須使用定值導(dǎo)線；使用雙電橋時，跨線電阻必須很小。第五，有些儀表受環(huán)境溫度、濕度影響較大，使用時，應(yīng)盡量在規(guī)定的溫濕度范圍內(nèi)使用，若不能做到這一點(diǎn)，應(yīng)考慮修正溫濕度附加誤差。

此外，測量方法也是影響系統(tǒng)誤差的一個方面，一般說，用直接測量法會得到較好的測量結(jié)果。為了減小由于儀表內(nèi)阻而引起的系統(tǒng)誤差，有時要根據(jù)儀表內(nèi)阻和被測電阻的阻值不同而適當(dāng)改變接線，如：當(dāng)使用單相功率表測量電路消耗的功率時，就有這種情況；有的測量方法，由于原理上的缺陷，會產(chǎn)生一些方法誤差，應(yīng)盡量避免。

通常在某些定值系統(tǒng)對測量結(jié)果影響帶有方向性的測量中，采用異號消除法，對被測目標(biāo)采用正反兩個方向進(jìn)行測量，如果讀出的系統(tǒng)誤差大小相等，符號相反時，取兩次測量值的平均值作為測量結(jié)果，就可消除系統(tǒng)誤差。采用代替消除法來消除測量裝置帶入的固定系統(tǒng)誤差，在測量裝置上對未知量測量后，立即用一個標(biāo)準(zhǔn)量代替未知量，再次進(jìn)行測量，從而求出未知量與標(biāo)準(zhǔn)量的差值，即有未知量=標(biāo)準(zhǔn)量±差值。消除隨時間呈線性變化的線性系統(tǒng)誤差，常用對稱測量法，只需將測量順序?qū)δ骋粫r刻對稱地進(jìn)行測量，再通過計(jì)算，即可達(dá)到消除線性系統(tǒng)誤差的目的，但須注意，相鄰兩次測量之間的時間間隔應(yīng)相等，否則會失去對稱。

測試人員的學(xué)識水平、工作經(jīng)驗(yàn)和工作態(tài)度對測量結(jié)果的準(zhǔn)確度起著決定性的作用，應(yīng)注意避免測量人員帶入主觀誤差，如視差、視力疲勞、注意力不集中等引起的誤差，因此，測試人員應(yīng)具備較高的水平和經(jīng)驗(yàn)，熟練地掌握誤差理論和數(shù)據(jù)處理方面的知識。

[1]費(fèi)業(yè)泰主編.誤差理論與數(shù)據(jù)處理.機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]肖明耀著.誤差理論與應(yīng)用.中國計(jì)量出版社.

彭慶輝,安徽安慶供電公司計(jì)量室,1994年參加工作,一直從事計(jì)量工作,工程師,高級技師職稱。