電學計量檢定及測量系統誤差因素的相關研究

王 鵬

（天津市計量監督檢測科學研究院，天津 300000）

0 引言

隨著我國科學技術、社會經濟的高速發展，人們的生活越來越離不開電能資源。電學計量工作的發展水平直接影響我國電力領域科研水平，電學計量儀器精準度與結果的準確性直接關乎企業經濟效益與產品的質量，所以加強電學計量儀器檢測與檢定，是我國電力領域進一步發展的保障。在電學系統中，系統造成的誤差都是恒定的，檢定、測量工作人員可以通過提高自身分析能力，掌握系統誤差的變化規律，在之后的工作中盡量降低誤差對測量結果的影響。所以加強對電學計量檢定及測量系統誤差因素進行相關研究，對確保檢定、測量結果精準度具有重要作用。

1 電學計量檢定與測量概述

1.1 電學計量檢定的應用

電學計量的檢定應用主要包含3 個方面，即為檢測設備的選擇、實際檢定、誤差分析。第一步，檢測設備選擇，在進行電氣設備檢定工作中，一般要根據電氣設備的實際狀況，采取針對性的檢測儀器進行檢測。但是目前隨著科技的發展，通用型檢測設備加大了推廣應用，能夠對多種電氣設備進行檢測工作，并且檢測結果的精準度也更為準確，同時也減少檢測成本。所以要根據實際情況，在情況允許的前提下，選擇合適的檢測儀器[1]。一般情況下，通用性檢測儀器是由數字萬用表、接口總線、標準可調電源等組成，主要是借助計算機軟件開展檢測工作；第二步，實際檢定過程，因為在檢定儀器的選擇上存在不同，所以在實際檢定過程中的儀器應用方法也是不同的，該文以通用性設備為例進行闡述。通用性設備的工作原理是將標準可調性參與輸入到數字萬用表中，然后對照結果判斷檢測目標的準確性。該階段的檢測結果不易人工讀取，所以需要計算機輔助讀取；并通過計算機軟件接通總線口實現數據的導入工作，在進行對比分析；第三步，誤差分析，通過第二步的處理，可以知曉當前電氣設備的狀況，但是由于電學計量工作存在不可避免的誤差與影響因素，所以針對檢查結果的精確度也要進行誤差分析。電學計量的誤差主要可以分為系統誤差和隨機誤差2類。系統誤差存在恒定特征，大部分誤差都具有系統性，具有一定的規律性，所以檢定工作人員只要掌握其中規律，就能夠最大限度減少誤差。而隨機誤差的產生并沒有規律性，其存在的一切參數表現都是隨機發生的，無法通過找規律的方法進行判斷，所以針對隨機誤差只能夠針對當前設備的狀態，進行故障排除，尋找出故障的位置與原因，確保電學計量的精準度[2]。

1.2 不確定度評定方法

不確定度評定方法是當前消除測量無誤差的國際統一標準，經過國際不確定組反復修改，1993 年制定了《測量不確定度表示指南》。我國在1996 年根據本國實際狀況，制定了《測量不確定度規范》。1999 年我國相關部門頒布基本等同于采用《測量不確定度表示指南》的國家計量技術規范《測量不確定度評定與表示》。并對測量數據與結果進行明確規定[3]。測量方程及數據見表 1， 測量結果不確定報告見表 2。

表1 測量方程及數據

表2 測量結果不確定報告

1.3 電學計量檢定與測量概重要性

隨著電力設備應用范圍的逐漸廣泛，電力作為電力設備最為合適的節能能源，是無法取代的。所以加大電學計量檢定方式對設備進行檢定工作十分必要。尤其是隨著電力設備應用范圍不斷擴大，加大電力設備檢測，對于解決測量誤差具有十分重要的意義[4]。在電學計量檢定與測量工作中，系統誤差是不可避免的，其具有一定的變化規律，所以在開展工作過程中，工作人員可以根據其規律，通過操作避免誤差。隱蔽性誤差是不容易被發現的誤差，其對電力設備檢測工作的結果產生一定的影響。所以加大檢測設備的精準度、規避系統誤差、減少隱蔽誤差對提高企業電力成本、提高企業經濟效益具有重要意義。

2 電學計量檢定及測量系統誤差因素分析

2.1 檢測儀器因素

進行電學計量檢定與測量工作時，所選用的工具主要是測量儀器，測量儀器的選用一般都是由生產廠方根據有需求廠房的實際應用，按照不同規定進行生產，造成誤差的產生，導致電學計量檢定以及測量工作中存在精準度不同的狀況。同時在測量過程中還存在一定的系統誤差，影響測量結果的精準度。對于檢測設備的影響主要分為2 種：一種是儀器的影響，一種是測量裝置的影響。首先測量儀器的影響。儀器作為檢定重要檢測設備，屬于高精度設備范疇。高精密儀器在正常運行過程中很少出現問題，所以影響高精度儀器精準度主要是外部因素的影響。例如高精度儀器的檢驗精準度都有一定的期限，稱為有效期。所以在正常狀況下，都會在高精度儀器的有效期內進行檢定，以保證儀器的精準度，一旦超過檢定期限，高精度儀器就會出現一系列的系統誤差[5]。測量裝置的影響主要是量具的影響，量具的影響因素主要有：第一，標準量具誤差，電學計量標準器的標準級別，其自身的系統誤差是在量具的生產設計過程中產生的，所以應該根據相關檢定的規程與標準，加大對量具的檢定工作，尤其是針對超出有效期內的量具，更要加大檢定工作，檢定完量具之后，還要針對系統重新進行誤差確定。第二，儀器儀表顯示特性，即為當儀器顯示的有效位數不完整、不夠時，平衡指示器的讀數機構不夠完善、指針式儀表的刻度不均衡或是指針不接近滿刻度等，都會造成系統誤差的產生，影響檢定結果的精準度；第三，不完全平衡測量中指示儀表的影響，該方法主要是針對差值法的測量，指示儀表的示指誤差問題的產生，也會直接影響被測值得準確性；第四，數字儀表間隔采樣的影響，數字儀表間隔采樣后出現被測值、數字量之間的轉換，這期間也會漏掉被測量波動的信息采樣，影響檢定結果的精準度；第五，導線電阻和線路接點的影響，在進行電力檢測過程中，測量線路要先后通過開關、接線柱、各個節點以及導線等，這些設備本身就具有微小電阻，雖然在電學檢測過程中，這些微小電阻可以忽略不計，但是當對結果準確性要求較高時，還是會給檢定結果帶來一定影響；第六，開關變差因素的影響，在電學檢定工作中，轉換開關是檢定儀器中的常見部件，由于轉換開關中的電阻處于動態變化的狀態，在轉換過程中，其電阻也會發生變化，造成系統誤差。

其次裝置元件的影響，主要表現在儀器的穩定性與靈敏度上。其中穩定性是指元件在儀器正常運行過程中是否能夠保證工作能效，影響元件能效的因素主要包括了元件的老化、電能供給繼續因素等[6]。元件的靈敏度是指裝置與電氣設備在連接起來之后，元件能否接收到電氣設備的所有電壓和電流，如果能夠全部接收則說明具有很好的靈敏度，如果不能能夠全部接收則說明靈敏度不高，造成檢定工作誤差的產生。靈敏性是衡量計量方法的重要指標，在電學計量檢定過程中，計量設備的靈敏度越高，則計量檢定的結果精準度就越高，所以在選擇設備裝置時，要盡力選擇靈敏性能良好的裝置。

2.2 電氣設備的因素

電氣設備作為被檢測目標，其工作的狀態也會影響電學計量檢測工作的精準度，一般來說電氣設備對電學計量工作的影響主要是由于電氣設備在工作時所產生的振動。針對電氣設備的檢測需要在設備運轉過程中開展實施，但是大部分電氣設施在運作過程中都會產生相應頻率的振動，當振動頻率過大或是振幅過大時，就很容易導致電氣自身設備中的元件出現移位的狀況，影響檢定結果的精準度。同時電氣設備規律性的振動還會造成電容極板之間的間隙出現擴大問題，導致電氣設備的容量不穩定，對于電壓和電流都會產生一定的影響。

2.3 環境因素的影響

外部環境對于電路測量來說也存在一定影響。外部環境因素主要包含電路環境、磁場環境、空氣中的水分、大氣壓等等。具體表現為在實際的電學計量檢定過程中，需要電路之間連接使用的，但是電路與電路之間的連接中間需要使用到絕緣體，這會就在兩者絕緣體之間產生電容，電路會將交流電轉變為通路，雖然這種現象屬于正常現象，但是卻很容易導致電路出現漏電的問題，不僅影響測量儀表讀數，同時也帶來一定安全隱患。磁場一般產生于電路周圍，對測量結果有一定的影響。尤其是在外磁場較強的情況下，磁場會對檢測設備、電氣設備產生一定的影響，導致測量結果精準度的下降。所以再進行測量工作開展時，要加大對元件磁場的重視，磁場的產生主要是由電路中的每個線圈形成。同時進行檢定與測量工作中，也要重視水分、氣壓、電力環境的影響，眾所周知，空氣中含有水分，水具有導電性，所以在進行測量時，空氣中的水分的變動也會導致測量結果存在誤差，例如在陰雨天氣進行測量，空氣中的水分增多，導致絕緣體受到的電阻變小，部分高阻器件更容易受到大氣壓、空氣濕度、溫度的影響，改變空氣中電容器的容量，影響電學檢定與測量的結果[7]。過大的氣壓會導致設備的線圈骨架出現變形的問題，導致檢定儀器電阻數值出現誤差，影響檢定結果的精準度。

2.4 電源因素的影響

電路的測量需要儀器在通電的狀態下運行，所以在針對頻率測量的過程中，由于儀器在通電狀態下會產生電網頻率，所以會對2 種頻率會產生一定影響，影響測量結果的精準度。例如在電壓不穩的狀態下，電路頻率波動會變大，變大之后的頻率就會對檢測結果造成一定的影響。同時在直流電通到電路中時，會進行濾波操作，在這過程中，如果處理不當就會出現直流電中存在交流電的狀態，影響測量結果精準度，出現一定誤差[8]。同時在測量過程中，一般都會設定電壓值，如果電壓值設置的不合理，并且交流電路中的靈敏度大于該數值時，就會出現較大誤差。由此可見電流、電壓的平穩度對于測量結果有很大的影響。

針對不同電子儀器所采用的電源線不同，有的采用兩線的電源線，有的采用三線的電源線，連接的方式也是不同的。當采用三線電源線的時候，電子儀器的底座、面板、機架與插座中大地線相連，保證電子儀器的機殼保持大地電位，如果兩線電源線或是三線電源線未與大地相連，那么儀器機殼是浮置的。電源變壓器的初級繞組兩端分別與市電電源以及中線相連，變壓器要安裝在底座或是機架上，并將鐵芯接到機殼上，然后將電源變壓器的屏蔽層也要與機殼相連。這時初級繞組接通市電的時候，變壓器的鐵芯與屏蔽層就都會受到帶電初級繞組的感應，進而使機殼產生對地的交流電壓，即為機殼電位。這時候的電壓最高可達上百伏，雖然人體接觸之后沒有危險，但是會給電路帶來一定的干擾，繼而影響測量結果，增加了誤差的產生，所以為了避免機殼電位對測試結果產生的影響，在進行測試線時一定要將各線連接正確，保持連接線之后進行檢查的習慣，檢查無誤之后開機，在這個過程中要切實保證測試線連接的牢固性，避免出現松動問題。

3 針對電學計量檢定與測量系統誤差的有效控制途徑

3.1 加強對電學性能的檢測

加強電學性能檢測工作，是減少電學計量誤差幾率的重要手段。當前針對電學性能的檢測方法主要包含直接觀察與通電試驗2 種，在實際的工作中，無論是哪種方法，都需要操作人員具有一定的技能水平，對電學運行狀況進行精準判斷。首先，針對測量儀器儀表進行校正，針對精準度要求高的儀器儀表進行測量時，要采用修正值的方式進行修正。在針對常用測量儀器的儀表進行檢測時，測出標準標度尺的每個刻度的絕對誤差，然后通過列表格、做曲線的方式進行記錄。常見儀表的實際值可以通過儀表上的示值和該示值的修正值得出，這種方法可以最大限度地消除由于系統導致的誤差。其次，針對儀器的不同，應該選擇正確的測量方法與測量儀器，確保測量儀器能夠在規定的條件、環境下運行，以減少由于外部因素帶來的影響。在實際的測量工作中，應根據測量儀表的不同，采用不同的測量方法（正負誤差補償法、等值替代法、換位消除法等），以達到減少誤差的目的。例如在使用電流表測量電流的時候，考慮到外磁場對電流表的影響，可以將電流表的位置轉動180°，進行2 次測量，然后讀取2 次測量的平均值，作為測試結果。通過這種方法，有效消除外磁場測量結果的影響，以保證測量結果的精準度。

3.2 調整電學相關參數

電學計量測試過程中涉及到眾多的參數，如果不能夠確保這些參數的準確度，那么將直接影響到最終的測量結果，進而造成計量結果出現誤差。所以在進行電學計量工作時，可以采取降低電學負荷點出現概率的方式，來降低參數誤差。同時確保電學參數的穩定性，減少二次回路引起的誤差。在進行電學計量檢定時，為了保證測定結果數據的精確度，通常會多次測量一個時刻的數據，所以要保證電路狀態的穩定性，確保多個數據同時刻的意義，保證電壓的穩定性，減少誤差的產生。

3.3 優化配置

通過選擇合適的元件配件，最大限度地促進電學各元件之間的協調關系，從而降低整體誤差指數，達到補償途徑誤差的目的。同時電學計量配置的優化還包含電學互感器、電學之間的性能、型號等是否匹配等。所以只有確保電學各元件的質量和匹配性，才能夠切實保證電學整體計量的準確性。除此之外還應加大電學計量企業的檢定與維修工作，確保計量檢定儀器的有效性。一旦檢查出不合格、老化、磨損嚴重的元件，堅決進行處理更換。這個過程中要加大辦理相關手續的管理力度，針對更換的元件進行重新計量標準考核，確保量值傳遞的統一，確保計量檢定數據的精度。落實環境條件及設施管理制度，符合有關人身健康、操作安全和環境保護的要求，確保試驗室的設施和環境條件適合計量標準的保存和使用。比如環境溫度：采用20℃為測量標準溫度，偏差要求±5℃；相對濕度：相對濕度宜保持在55%以下。在有儀器玻璃、塑料罩、局部使用干燥劑、空調柜等條件下，計量室內的最大相對濕度不應超過75%。同時將不相容活動的相鄰區域進行有效隔離，防止相互影響，滿足開展計量檢定或校準項目的計量檢定規程或校準規范的要求。

4 結語

電學計量檢定與測量對于電氣設備安全生產、正常工作具有重要意義。該文主要針對電學計量檢定與測量時存在的誤差因素進行相關研究，首先提出電學計量檢定與測量的理論知識，闡述相關概念以及評定方法。并針對電學計量檢定與測定中存在的誤差進行分析，造成誤差的因素主要包含檢定儀器的因素、人為操作過程中的因素、外部環境的因素以及電源的影響因素等。最后針對影響因素提出策略，提高工作人員責任心，培育綜合能力強的操作人員，減少不可避免因素對工作人員的影響，同時減少外部環境造成的影響，促進我國企業電學計量檢定、測量工作的發展。進而提高我國電學計量的檢定與測量精準度操作水平，確保我國電力事業持續發展。