电工仪表测量误差的实验研究

张 滨（哈尔滨电工仪表研究所，黑龙江　哈尔滨　150028）



电工仪表测量误差的实验研究

张 滨
（哈尔滨电工仪表研究所，黑龙江哈尔滨150028）

摘要：随着科技的发展及自动化水平的提高，电工仪表被普遍运用到很多工矿企业中产品质量的检查、生产过程中的监测以及经济运行中。由于将这些电工仪表接入电路中会对电路原有的工作状态产生一定的影响，也会使仪表的读数值和电路原有的实际值有所不同，造成误差的出现。因此对于电气技术工作人员来说，学习和掌握电工仪表测量技术和误差分析十分重要。本文主要分析电工仪表测量时产生误差原因及误差分析。

关键词：电工仪表；测量；误差；实验

1 电工仪表测量产生误差的原因

运用电工仪器测量数据，产生测量误差原因多种多样，一般比较常见的有：（1）用于测量的电工仪表设备本身有缺陷；（2）实验环境的变化造成测量数据不准确，有些精密仪器对于周围的温度、压强、湿度、磁场等要求较高，周围环境变化会影响电工仪器的灵敏度，出现误差；（3）测量仪表的安装及放置不恰当造成误差出现；（4）实验者经验不足也是出现误差的原因之一，要求电气技术工作人员熟练掌握测量设备的使用方法；（5）人的感觉器官不够完善，不能发现测量仪器的微小变化也是误差出现的主观原因之一；（6）测量时使用方法不完善或依据理论不严密或采用某些近似公式等。

测量时产生的误差一般分为系统误差和偶然误差两种，其中系统误差的消除可以依据产生原因来采取相应方法措施，偶然误差的消除方法则是想办法抵消正负误差。只有在进行精密实验和精密测量时才对电工仪表可能出现的偶然误差进行分析，而普通测量由于偶然误差较小而常常被忽略，因此，一般的电工仪表在进行测量时主要考虑的是测量过程中产生的系统误差。

2 误差分析

2.1 电工仪表直接测量的误差分析

利用电工仪表进行测量的最基本的方法是直接测量。此方法是把被测的量和作为标准的量直接进行比较，如果用于测量的电工仪表有刻度，可以直接读取测得被测量的数值，这样的电工仪表很多，例如用于测量电压的电压表、用于测量电阻的万用表等。

根据直接测量法读出的实验数据以及误差分析方法可以算出测量值的绝对误差和相对误差进行进一步的误差分析，在分析不同大小的被测量时，不能简单地用绝对误差来判断直接测量的准确度，此时电工仪表测得数据的准确性应该用相对误差来衡量；而对于同一电工仪表来说，当被测量变化时，相对误差也要随着改变，被测的值越大绝对误差越大，相对误差反而越小，相对误差很难对电工仪器进行全面衡量；若仪表具有相同最大绝对误差，则被测量值越大，测量结果可能出现的最大相对误差也就越小，由此可以得出仪表的准确度极大的影响了测量结果的准确度。

2.2 电工仪表间接测量的误差分析

电工仪表进行测量的另一种常用方法是间接测量，通过直接测量测得的数据及和被测量有已知关系的几个独立的物理量，已知函数关系进行计算得出数值。测量中运用到间接测量的情况很多，例如对于电阻的电功率P的测量，通过运用直接测量方法得出电阻通过的电流I以及电压U，根据P＝UI函数关系式进行计算，最终得出所需电功率P。间接测量法求得的数据不能使用直接测量法获得，只是最终获得数据的准确性不如间接方法，例如电功率可以通过功率表直接测得，只是由于功率表是电动系仪表，测得数据的准确度较低，因此在电工仪表实验中有很多被测量都是根据实验原理确定出被测量与某些直接测得量之间的测量公式，将间接测量转化为若干个直接测量，再用直接测量值求出间接测量值。

电工仪表间接法进行测量的误差分析分为以下几种情况：（1）和与差合成相对误差，此时合成误差中的主要比例是数值最大的局部误差，因此减小合成误差的方法之一是较小数值最大的局部误差；（2）积、商、乘方和开方的合成相对误差，若被测量是几个量之积，例如y＝x1· x2则合成相对误差γ＝γ1＋γ2，若被测量是几个量之商，例如y＝x1/x2，则合成误差γ＝γ1-γ2，若被测量为直接测得的数据的平方，例如y＝x2，则合成误差γ＝2γ，若被测量为直接测得的数据的开方，例如y＝x，则合成误差γ＝1/2γ。

3 减小误差的方法

3.1 选用合适的仪表

为了尽可能减小测量过程中产生的误差，测量时要充分依据测量对象的性质来选择电工仪表。测量过程中尽可能降低误差，对于电工仪表的量程的选择要科学合理。测量时若选用小量程仪表测量太小，有可能损坏仪表，反之，若用大量程的仪表测量一些数值比较小的量就不能很精确地读出数，结果误差比较大。选择仪表等级也非常重要，通常情况下在进行标准和部分精密测量时，仪表的准确度一般是0.1～0.2级，我们在进行实验测量时一般选用准确度为0.5～1.5级的仪表，而工厂生产中用于测量仪表等级一般是1.0～5.0级。

3.2 准确读取测量数据

一般采用直接测量法测得的数据的误差只用一位数字表示。为了减小读数误差，对于有刻度的仪表在读取数据时要估读到最小刻度的1/10。减小误差应选择合适的仪器、仪表的量程，仪表选择要求在测量时指针偏转应在量不少于总量程的1/3。在相同的情况下进行多次测量也是为了提高测量结果的可靠性和精确度的必要方法。

3.3 合理处理测量数据

测量过程中直接测得的数据或由计算所得测量结果，从第一个非零数字算起到误差最低位所对应的那位数为止即为数据全部的有效数字，有效位数的保留会影响最后的误差大小，在进行数据处理时要根据实际情况选择合理的有效位数，以此来减小最后的误差。

结语

总之，电工仪表的测量的内容极其广泛、繁杂，运用范围也极为广泛，并且在不断充实、更新。电气技术工作人员要熟练掌握其电工仪表测量的基本原理、方法，并努力提高分析、归纳、推理、观察、操作的能力，用科学严谨的态度和方法工作，尽可能减小测量过程中系统误差的产生，通过合理的方法进行误差分析，使最终的数据更具有可靠性、合理性。

参考文献

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中图分类号：TM73

文献标识码：A