實驗室檢定絕緣電阻表時測量誤差的發現及控制

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摘要：實驗室檢定絕緣電阻表時，計量標準器、環境條件及檢定人員的習慣不同等諸多因素都會導致測量結果偏離其真實值，發現和減小這些可能產生測量誤差的因素，進行有效控制和減小，才能確保標準量值的準確傳遞。

關鍵詞：絕緣電阻；誤差；真實值

前言

絕緣電阻表是測量絕緣電阻的專用儀表，屬于強制檢定的計量器具，絕緣電阻表的誤差在使用中會直接影響測量的準確性。為了保證絕緣電阻測量的準確可靠，依據《計量法》的規定，應在規定周期內，對絕緣電阻表進行檢定。在實驗室檢定絕緣電阻表過程中，由于各種因素的影響，會產生測量誤差，使其檢定測量結果偏離標準量值的真實值。要使檢定結果準確可靠，必須盡可能減小和控制測量誤差。

1.測量誤差的來源

測量誤差是不可避免的，要有效地減小和控制測量誤差，必須尋找測量誤差的來源。測量誤差的來源很多，根據誤差的性質分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差。

由于誤差的性質不同，其誤差特性也各不相同。系統誤差是在測量過程中產生的誤差，其值是固定不變的，或者是遵循一定的規律變化的。隨機誤差是當在同一條件下對同一對象重復進行測量時，在極力消除一切明顯的系統誤差之后，每次測量結果仍然會出現一些無規律的隨機性變化，如果測量儀器的靈敏度或分辨能力足夠高，那么就可以觀察到這種變化。而粗大誤差則是由于測量過程中操作、讀數、記錄和計算等方面的錯誤而引起的誤差。由于系統誤差和隨機誤差決定了測量的準確度，系統誤差和隨機誤差越小，測量結果越準確。下面主要從這兩個方面進行闡述。

2.系統誤差的發現及控制

2.1計量標準器對系統誤差的影響

在規程規定的實驗室標準條件下，對某某電表廠的ZC-7型同一塊絕緣電阻表進行檢定，絕緣電阻表參數為500V、500MΩ，Ⅱ區段范圍為1MΩ～50 MΩ，等級指數為10級，檢定時絕緣電阻表發電機轉速恒定在每分鐘120轉，使用不同計量標準器所測的測量結果如下：

使用某高阻箱作為檢定標準器，高阻箱×1 MΩ電阻盤準確度等級為0.5級，×10 MΩ電阻盤準確度等級為1.0級，檢定該絕緣電阻表Ⅱ區段內各刻度電阻值及基本誤差如表一：

表一

被試表刻度值（MΩ）125102050

標準器讀數值（MΩ）1.052.105.1510.2020.3650.45

基本誤差（%）5.05.03.02.01.80.9

使用DZX92F絕緣電阻表檢定裝置作為檢定標準器，高阻箱×1 MΩ電阻盤準確度等級為0.2級，×10 MΩ電阻盤準確度等級為0.5級，檢定結果如表二：

表二

被試表刻度值（MΩ）125102050

標準器讀數值（MΩ）1.032.075.1010.1020.1650.18

基本誤差（%）3.03.52.01.00.80.4

上述兩組數據顯示，在規定的測量條件下，應用相同的檢定方法，不同的計量標準器檢定同一絕緣電阻表的基本誤差值不同，說明不同的計量標準器所復現的系統誤差的估計值不同。測量標準器的選擇，直接影響測量結果中系統誤差的大小。

2.2測量條件改變時的系統誤差

在不同的測量條件下，應用相同的檢定方法，使用同一計量標準器所復現的系統誤差的估計值不同。使用DZX92F絕緣電阻表檢定裝置作為檢定標準器，被試品為同一編號的ZC-7型絕緣電阻表。

規程規定實驗室檢定環境條件，溫度23°，相對濕度65%，電網供電電壓允許偏差1.3%，檢定結果見上表二。

實驗室檢定環境條件改變，溫度10°，相對濕度20%，電網供電電壓允許偏差5%，檢定結果見下表三：

表三

被試表刻度值（MΩ）125102050

標準器讀數值（MΩ）1.042.095.1110.3020.5050.75

基本誤差（%）4.04.52.23.02.21.5

對比表二和表三的數據可見，在測量條件改變時，如隨時間、溫度、濕度等條件發生變化時，測量結果按某一確定的規律變化，可能是線性、也可能是非線性地增加或減少，說明測量結果存在可變的系統誤差。

2.3系統誤差的減小方法

2.3.1為減小測量結果中的系統誤差，應選擇準確度等級和量限合適的計量標準器。

2.3.2對系統誤差的已知部分，對檢定結果進行修正的方法來減小系統誤差。如表一中10MΩ刻度點檢定標準值為10.20 MΩ，而用高一等級的檢定裝置檢定的標準值為10.10MΩ，則可知系統誤差的估計值為0.10 MΩ，也就是修正值為-0.10 MΩ。

2.3.3消除檢定中一切產生系統誤差的因素。被試絕緣電阻表的安放位置是否在水平、垂直或平行的理想狀態、手搖發電機的轉速，檢定過程中試驗接線產生的接觸電阻，都會帶來測量的系統誤差，在實驗室檢定時進行避免。

3.隨機誤差的發現及減小

隨機誤差是指在在實驗室檢定絕緣電阻表過程中重復測量中按不可預見方式變化的測量誤差的分量，它是獲得測量結果時各種隨機影響因素的綜合反映，包括計量標準器、配套恒速器、環境條件等因素及實際測量的隨機變化。

隨機誤差的大小程度反映了測得值的分散性，即測量的重復性，用試驗標準偏差表示。在相同條件下，對如同一被測量X做n次重復測量，每次測得值為Xi，測量次數為n，是用賽貝爾公式法、極差法及較差法來計算的實驗標準偏差。以賽貝爾公式法來計算實驗標準偏差實例如下：

使用DZX92F絕緣電阻表檢定裝置作為檢定標準器，在規程規定檢定條件下，在同一時間對如同一被測量10MΩ做10次重復測量，得出一組數據10.08 MΩ，10.07 MΩ，10.10MΩ，10.10 MΩ，10.09 MΩ，10.08 MΩ，10.09 MΩ，10.11 MΩ，10.13 MΩ，10.09MΩ。

首先，計算算術平均值：

=（10.08+10.07 +10.10+10.10+10.09+10.08+10.09+10.11 +10.13+10.09）/10=10.094 MΩ

根據殘差公式：Vi=Xi-X 計算一組數據殘差為：-0.014 MΩ，-0.024 MΩ，0.006 MΩ，0.006 MΩ，-0.004 MΩ，-0.014 MΩ，-0.004 MΩ，0.016 MΩ，0.036 MΩ，，-0.004 MΩ。

計算殘差平方和：

最后，計算試驗標準為：

由計算可知，取多次測量值的算術平均值作為測量結果的值，可以減小檢定時的隨機誤差。但是隨測量次數的進一步增加，算術平均值的實驗標準偏差減小的程度減弱，同時會增加人力、時間和儀器的損耗，應用中一般選取n在3～20之間。

另外，在對一個被測量進行重復性檢定所獲得的若干檢定結果中，可能會出現了與其他值偏離較遠且不符合統計規律的個別值，如果測得值中混有這種異常值，必然會歪曲測量的結果，只有將這些異常值剔除掉，才可使結果更符合客觀實際。

結束語

絕緣電阻表的檢定對其使用者意義重大，其檢定質量關系到其對被測物品絕緣性能的判斷。在實驗室檢定中發現和減小系統誤差和隨機誤差，有效控制粗大誤差，使檢定結果盡可能地反映被試絕緣電阻表的真實值。

作者簡介：

李波、女、1971年7月生、大學本科、工程師、現從事電測儀表檢定工作