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(yùn)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(jì)運(yùn)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(xué)習(xí)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(yùn)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(zhǔn)確，有些精密儀器對于周圍的溫度、壓強(qiáng)、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(dāng)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(yán)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(fù)誤差。只有在進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的量直接進(jìn)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(jìn)行進(jìn)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(zhǔn)確度，此時電工儀表測得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(dāng)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(jìn)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(zhǔn)確度極大的影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.2 電工儀表間接測量的誤差分析

電工儀表進(jìn)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(dú)立的物理量，已知函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計算得出數(shù)值。測量中運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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(xué)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和部分精密測量時，儀表的準(zhǔn)確度一般是0.1～0.2級，我們在進(jìn)行實驗測量時一般選用準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?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(jìn)行誤差分析，使最終的數(shù)據(jù)更具有可靠性、合理性。

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