电学计量的误差分析及不确定度理论研究

辛颖

摘 要：在电学校准和检定中，有很多因素会产生误差，而在对不确定度进行计算时，也会受到误差的干扰。为此本文归纳了造成电学计量中产生系统误差的主要原因，帮助相关操作人员能够清晰的了解，在具体实验时尽量减少不必要的系统误差，以提高实验精准度。

关键词：电学计量；误差；不确定度

随着经济和科技的发展，测量的软硬件也在快速发展，同时，对测量结果的精确性也提高了要求。因此，系统误差的发现和消除是至关重要的工作。电学计量的特点有准确度和灵敏度高，应用广泛，已经应用到各种计量技术和控制的工作中，但是影响电学测量的影响因素很多，很难察觉。在实际的电学测量中，测出的结果不是真实值，因为存在着误差。在对电学仪器计量的实验中，测量的结果并不是被测产品的真实值，最早引用“误差”的概念引起了不不的争论

1 电学计量误差分析

由于各个操作人员电学知识的掌握程度不同，另外对相关检定规则的熟悉程度也有差异，再加上个人偏好等因素的影响，不可避免地会形成一定的系统误差。部分操作者不习惯从垂直于表面的角度从指针指示仪表里读数，这样往往就会导致系统误差的出现，这种是最常见的读数误差，当然还有其他的不正确的读数习惯，由于很少见，在这里就不再展开了。有些实验操作人员的操作也很容易造成误差。像在转换机械开关时，当用力不同时就会直接影响到开关接触电阻的大小，进而出现误差。在检定时如果操作人员没有严格要照检定流程进行的话，很容产生误差，也就是通常所说的方法误差。这类误差是比较常见的，可以通过构建有效的防范制度来进行防控。在实际测量中，由于测量条件或测量环境等的不同，有时候会使用一些非标准方法，这种情况多见于企业中。比如，在对测量仪器进行校准时，由于采用的方法不一致，得出的结果自然也会有一定的差异。

量具误差，通常来说像标准表这类的电学计量标准器都会有一定的级别，像0.1级、0.5级等，这些就是我们通常说的标准具的系统误差，它也是电学计量中最常见，也是最容易发现的误差。它是按照相关的生产设计性能与检定规程来规定的，而且都会在标准器的鉴定证书里给定，不过它有有效期的限制，一旦过期的话，标准器就得重新确定它的系统误差。 不过，由于电测标准量具有时候会因失准或损坏而使得误差范围超标，形成更大的系统误差，因此，对电测标准量具必须定期进行检查，如果发现相关的問题要及时处理或予以更换。

在交流电路中，有功阻抗存在无功分量，称残余电抗，无功阻抗存在有功分量，称损耗电阻，如果在测量中不将它们考虑在内，就会引起误差，这类误差就叫做直角误差，这是由于交流电路阻抗三角形两直角边为电阻和电抗，又阻抗Z=R+jX如果只单独考虑R或者X都会引起误差。如果在测量时由于电压灵敏度或值大于所设定电压，指示器将不会再有变化，就会产生模或者相角的误差。在交流电路里，要注意幅值和相位差两个因素。如用电压OB去平衡未知电压 OA时，向量OB端点距离A点等于电压灵敏度阈值（长为AB）时，再减小AB将观察不到指示器的变化，这时灵敏度阈是以AB这半径的园，测量OA的误差有模的误差，又有相角误差。

对于环境来说，一般电子元件产生的磁场很小，可以忽略不计。但是在直流电路中未经屏蔽的电动系仪表对电磁场敏感，需要考虑到这个问题。交流电路中，各元件间的磁场影响就较大了， 每个电感线圈都会产生交流磁场。在周围的导线、线圈中产生感应电动势， 造成互相影响，影响足够大时就形成误差。电感线圈移近铁磁性物质或高电导物质时，前者的磁通通过后者闭合或产生涡流，使线圈电感值变化，从而出现误差，使用屏蔽措施就可能产生这种误差。在绝缘导体中，电场有时候会导致导体间电容泄漏电流，形成一定空间内的通路，使电路中元件数值发生变化。此外，静电力、压强、湿度等因素都会对测量结果造成一定的影响。

2 计量校正-不确定度评定

在很多情况下，不同的检测方法，会直接妨碍到对测量不确定程度的影响，在计量学和统计学的计算中我们要对计量过程中的不确定度进行合理的排除，保证检测结果不会对不确定度造成影响，通过合理的评定方法和评定依据来提高数据的确认能力和准确性。测量不确定度是在一个相对合理的环境中根据不同种因素对测量所造成影响进行修订的结果，在这个修订结果中，测量系数要被控制的统计状态以下，并且通过随机的控制来提高测量过程中的重复现象。被测量值在理解上分为多个测量结果，这些测量结果能够通过测量量所的纯，但是这些测量量中还包含很多不确定的测量因素。这也使分量能够在分量值中被合理体现。测量的分散性性还与测试过程中产生误差由直接的关系，例如通过分数性来确定一个标准，就需要在测量值之间进行区间的分散，这是测量中不确定度和测量误差的根本区别。测量误差中的差值会以一个点来呈现。而测量中的不决定度则是一个完整的区间，这种分散性使测量标准能够出现成倍的偏差。

2.1评定方法以及不确定度标准

我国采用的不确定度评定方法主要有两种，即静态不确定度评定和动态测量不确定度评定。静态不确定度评定，是基于统计理论的传统的评定方法。动态测量不确定度评定是基于新模型、新理论的评定方法。在进行不确定度评定时，首先建立一个数学模型，然后找出不确定度的来源，对不确定度的分量进行定量分析，接着，计算合成不确定度和拓展不确定度，最后做出不确定度的报告。为了测量不确定度进行评定时更加精确、科学，今后的发展方向会使动态不确定度评定与静态测量不确定度评定相结合，共同用来测量不确定度的评定。

随着全球化进程的发展，迫切地要求各国所进行的测量和所得的测量结果应具有统一的评定标准 ，以避免由于标准差异而造成不必要的损失。1986年，由国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、国际计量委员会（CIPM）、国际法制计量组织（OIML）组成了国际不确定度工作组制定了用于计量、标准、质量、认证、科研、生产中的不确定度标准指南。经工作组的反复修改，1993年制定了《测量不确定度表示指南》（简称GUM），指南得到了BIPM、OIMI、ISO、IEC及国际理论与应用化学联合会（IUPAC）、国际理论与应用物理联合会（IUPAP）、国际临床化学联合会（IFCC）的批准，由ISO出版。目前GUM在全世界的执行已推动不确定度达到了最新水平，它是现代不确定度方法与应用的根据。1999年1月我国国家质量技术监督局批准颁布了基本等同采用GUM的国家计量技术规范JJFl059—1999《测量不确定度评定与表示》

结语

本文通过在实际操作过程中容易出现的问题以及相关性问题被认为确定或者故意忽略的现象和给用户和实验室带来的风险进行分析，对电学计量中不确定度的评定能够解决一些问题，给企业和社会带来效益，不确定度评定同样也适用于其他行业，比如力学计量、温度计量、几何计量以及无线电计量等，很多工作还需进一步研究。

参考文献

[1]黄玮.“北斗一号”系统定位误差的测试与分析[D].大连海事大学，2012.

[2]胡林福.测量不确定度与误差的区别[J].广西质量监督导报，2008（8）.

[3]李娜，马修水，李桂华.测量不确定度及测量不确定度评定综述[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2008（3）.