電工儀表測量誤差的實驗研究

張 濱（哈爾濱電工儀表研究所，黑龍江　哈爾濱　150028）

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電工儀表測量誤差的實驗研究

張 濱
（哈爾濱電工儀表研究所，黑龍江哈爾濱150028）

摘要：隨著科技的發(fā)展及自動化水平的提高，電工儀表被普遍運用到很多工礦企業(yè)中產(chǎn)品質(zhì)量的檢查、生產(chǎn)過程中的監(jiān)測以及經(jīng)濟運行中。由于將這些電工儀表接入電路中會對電路原有的工作狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，也會使儀表的讀數(shù)值和電路原有的實際值有所不同，造成誤差的出現(xiàn)。因此對于電氣技術(shù)工作人員來說，學習和掌握電工儀表測量技術(shù)和誤差分析十分重要。本文主要分析電工儀表測量時產(chǎn)生誤差原因及誤差分析。

關(guān)鍵詞：電工儀表；測量；誤差；實驗

1 電工儀表測量產(chǎn)生誤差的原因

運用電工儀器測量數(shù)據(jù)，產(chǎn)生測量誤差原因多種多樣，一般比較常見的有：（1）用于測量的電工儀表設(shè)備本身有缺陷；（2）實驗環(huán)境的變化造成測量數(shù)據(jù)不準確，有些精密儀器對于周圍的溫度、壓強、濕度、磁場等要求較高，周圍環(huán)境變化會影響電工儀器的靈敏度，出現(xiàn)誤差；（3）測量儀表的安裝及放置不恰當造成誤差出現(xiàn)；（4）實驗者經(jīng)驗不足也是出現(xiàn)誤差的原因之一，要求電氣技術(shù)工作人員熟練掌握測量設(shè)備的使用方法；（5）人的感覺器官不夠完善，不能發(fā)現(xiàn)測量儀器的微小變化也是誤差出現(xiàn)的主觀原因之一；（6）測量時使用方法不完善或依據(jù)理論不嚴密或采用某些近似公式等。

測量時產(chǎn)生的誤差一般分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種，其中系統(tǒng)誤差的消除可以依據(jù)產(chǎn)生原因來采取相應(yīng)方法措施，偶然誤差的消除方法則是想辦法抵消正負誤差。只有在進行精密實驗和精密測量時才對電工儀表可能出現(xiàn)的偶然誤差進行分析，而普通測量由于偶然誤差較小而常常被忽略，因此，一般的電工儀表在進行測量時主要考慮的是測量過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

2 誤差分析

2.1 電工儀表直接測量的誤差分析

利用電工儀表進行測量的最基本的方法是直接測量。此方法是把被測的量和作為標準的量直接進行比較，如果用于測量的電工儀表有刻度，可以直接讀取測得被測量的數(shù)值，這樣的電工儀表很多，例如用于測量電壓的電壓表、用于測量電阻的萬用表等。

根據(jù)直接測量法讀出的實驗數(shù)據(jù)以及誤差分析方法可以算出測量值的絕對誤差和相對誤差進行進一步的誤差分析，在分析不同大小的被測量時，不能簡單地用絕對誤差來判斷直接測量的準確度，此時電工儀表測得數(shù)據(jù)的準確性應(yīng)該用相對誤差來衡量；而對于同一電工儀表來說，當被測量變化時，相對誤差也要隨著改變，被測的值越大絕對誤差越大，相對誤差反而越小，相對誤差很難對電工儀器進行全面衡量；若儀表具有相同最大絕對誤差，則被測量值越大，測量結(jié)果可能出現(xiàn)的最大相對誤差也就越小，由此可以得出儀表的準確度極大的影響了測量結(jié)果的準確度。

2.2 電工儀表間接測量的誤差分析

電工儀表進行測量的另一種常用方法是間接測量，通過直接測量測得的數(shù)據(jù)及和被測量有已知關(guān)系的幾個獨立的物理量，已知函數(shù)關(guān)系進行計算得出數(shù)值。測量中運用到間接測量的情況很多，例如對于電阻的電功率P的測量，通過運用直接測量方法得出電阻通過的電流I以及電壓U，根據(jù)P＝UI函數(shù)關(guān)系式進行計算，最終得出所需電功率P。間接測量法求得的數(shù)據(jù)不能使用直接測量法獲得，只是最終獲得數(shù)據(jù)的準確性不如間接方法，例如電功率可以通過功率表直接測得，只是由于功率表是電動系儀表，測得數(shù)據(jù)的準確度較低，因此在電工儀表實驗中有很多被測量都是根據(jù)實驗原理確定出被測量與某些直接測得量之間的測量公式，將間接測量轉(zhuǎn)化為若干個直接測量，再用直接測量值求出間接測量值。

電工儀表間接法進行測量的誤差分析分為以下幾種情況：（1）和與差合成相對誤差，此時合成誤差中的主要比例是數(shù)值最大的局部誤差，因此減小合成誤差的方法之一是較小數(shù)值最大的局部誤差；（2）積、商、乘方和開方的合成相對誤差，若被測量是幾個量之積，例如y＝x1· x2則合成相對誤差γ＝γ1＋γ2，若被測量是幾個量之商，例如y＝x1/x2，則合成誤差γ＝γ1-γ2，若被測量為直接測得的數(shù)據(jù)的平方，例如y＝x2，則合成誤差γ＝2γ，若被測量為直接測得的數(shù)據(jù)的開方，例如y＝x，則合成誤差γ＝1/2γ。

3 減小誤差的方法

3.1 選用合適的儀表

為了盡可能減小測量過程中產(chǎn)生的誤差，測量時要充分依據(jù)測量對象的性質(zhì)來選擇電工儀表。測量過程中盡可能降低誤差，對于電工儀表的量程的選擇要科學合理。測量時若選用小量程儀表測量太小，有可能損壞儀表，反之，若用大量程的儀表測量一些數(shù)值比較小的量就不能很精確地讀出數(shù)，結(jié)果誤差比較大。選擇儀表等級也非常重要，通常情況下在進行標準和部分精密測量時，儀表的準確度一般是0.1～0.2級，我們在進行實驗測量時一般選用準確度為0.5～1.5級的儀表，而工廠生產(chǎn)中用于測量儀表等級一般是1.0～5.0級。

3.2 準確讀取測量數(shù)據(jù)

一般采用直接測量法測得的數(shù)據(jù)的誤差只用一位數(shù)字表示。為了減小讀數(shù)誤差，對于有刻度的儀表在讀取數(shù)據(jù)時要估讀到最小刻度的1/10。減小誤差應(yīng)選擇合適的儀器、儀表的量程，儀表選擇要求在測量時指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)在量不少于總量程的1/3。在相同的情況下進行多次測量也是為了提高測量結(jié)果的可靠性和精確度的必要方法。

3.3 合理處理測量數(shù)據(jù)

測量過程中直接測得的數(shù)據(jù)或由計算所得測量結(jié)果，從第一個非零數(shù)字算起到誤差最低位所對應(yīng)的那位數(shù)為止即為數(shù)據(jù)全部的有效數(shù)字，有效位數(shù)的保留會影響最后的誤差大小，在進行數(shù)據(jù)處理時要根據(jù)實際情況選擇合理的有效位數(shù)，以此來減小最后的誤差。

結(jié)語

總之，電工儀表的測量的內(nèi)容極其廣泛、繁雜，運用范圍也極為廣泛，并且在不斷充實、更新。電氣技術(shù)工作人員要熟練掌握其電工儀表測量的基本原理、方法，并努力提高分析、歸納、推理、觀察、操作的能力，用科學嚴謹?shù)膽B(tài)度和方法工作，盡可能減小測量過程中系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生，通過合理的方法進行誤差分析，使最終的數(shù)據(jù)更具有可靠性、合理性。

參考文獻

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