浅析电工电子测量方法及误差分析

文/王昕鑫 方洁 欧阳艳蓉，武汉军械士官学校

浅析电工电子测量方法及误差分析

文/王昕鑫 方洁 欧阳艳蓉，武汉军械士官学校

测量作为电工电子实验中的一项重要内容，直接影响着实验质量和效果。它不仅是验证科学理论的客观依据和标准，常常也是获得新信息、发现新问题、建立新理论的重要途径和方法。本文结合实验测量过程，分析了常用电工电子测量方法及误差表示方法。

电工电子；测量；误差

一、常用的电工电子测量方法

在测量过程中，由于采用测量仪器仪表的不同，也就是说度量器是否直接参与，以及测量结果如何取得等，因而形成了不同的测量方法。常用的测量方法有以下几种。

（一）直接测量法

直接测量法是指测量结果可从一次测量的实验数据中得到。它可以使用度量器直接参与比较测得被测量数值的大小；也可以使用具有相应单位刻度的仪表，直接测得被测量的数值。如用电流表直接测量电流，用电压表直接测量电压，用万用表直接测量电阻器的电阻值等，都属于直接测量方法。直接测量法具有简便，读取数据迅速等优点，但是它的准确度除受到仪器仪表的基本误差的限制外，还由于仪器仪表接入电路后，仪器仪表的内阻被引入测量电路中，使电路的工作状态发生了改变，因此，直接测量法的准确度比较低。

（二）比较测量法

比较法是将被测量的数据与度量器在比较仪器中进行比较，从而测得被测量数值的一种方法。比较测量法又可分为三种：

1.零值法又称指零法。它是利用被测量的数据对仪器的使用，与已知数据对仪器的使用的作用二者相互抵消的方法，由指零仪表作出判断。即当指针指零时，表明被测量的数据与已知数据相等。就好像用天平秤物体一样，当指针指零时表明被称重的物体与砝码的质量相等，根据砝码的标识质量便可得知被测物体的质量数据。可见用零值法测量的准确度，取决于度量器的准确度和指零仪表的灵敏度。

2.较差法是利用被测量的数据与已知数据的差值，作用于测量仪器而实现测量目的的一种测量方法。

3.代替法利用已知量代替被测量，如不改变测量仪器原来的读数状态，这时被测量的数据与已知量相等，从而获取测量结果。

比较测量法的优点是准确度和灵敏度都比较高，测量准确度（即测量误差）最小可达±0.001%。比较法的缺点是操作麻烦，设备复杂，适用于精确测量。

（三）间接测量法

间接测量法是指测量时，只能测出与被测量有关的电量，然后经过计算求得被测数据。例如在设置共发射极放大电路的静态工作点时，需要将集电极电流ICQ调到某一数值，然而在电路中测量电流非常麻烦，可以通过测量集电极电阻RC的电压，计算出电流ICQ。间接测量法的误差比直接测量法大。但在工程中的某些场合，如对准确度的要求不高，进行估算还是一种可取的测量方法。

二、误差的表示方法

1.绝对误差

仪表的指示值AX与被测量的实际值A0之差称为绝对误差Δ。即

绝对误差的单位与被测量的单位相同，绝对误差的符号有正负之分。

例如：用电压表测量电压，其读数为100V，而实际值为101.2V，则该仪表在指示值100V处的绝对误差为：Δ=（100-101.2）V=-1.2V。

可见，绝对误差是具有大小、正负和单位的一个量，其单位与被测量相同。在实际测量中还用到修正值这一概念，我们定义与绝对误差绝对值相等，符号相反的量值为修正值C。

绝对误差的表示方法有其不足之处，因为它不能确切反映出测量的准确程度。例如测量两个电压，其中U1=100V，绝对误差Δ1=1V；而电压U2=10V，绝对误差Δ2=0.4V。尽管Δ1大于Δ2，但不能因此得出对U1的测量比对U2的测量准确度低，因为实际上测U1时的绝对误差1V，相对于100V而言占1%；而测U2时的绝对误差0.4V，相对于10V而言却占4%，所以说对U1的测量比对U2的测量准确。

2.相对误差

相对误差是指绝对误差Δ与被测量的实际值A0之比，用百分数表示。即

实际值一般难以确定，而仪表的读数值与实际值比较接近，因此在工程中A0可以用AX代替。

故相对误差不仅可以表示测量结果的准确度，而且便于在不同实际情况下，对测量的准确程度进行比较。例如：用同一只电压表测量两个电压，实际值U1为100V时指示为101V，实际值U2为10V时指示为9.6V，则它们的相对误差为：

由此可见，测量实际值为100V时的准确度要大一些。

3.满度误差

相对误差虽然可以评价测量结果的准确程度，但不能用来评价指示仪表的准备程度。例如：一只测量范围为0～250V的电压表，在测量200V电压时，绝对误差为2V，则该处的相对误差为γ1=2/200=1%。用同一只电压表测量10V电压时，绝对误差为1.8V，则该处的相对误差为γ2=1.8/10=18%。比较γ1和γ2，可以看出γ1和γ2在数值上差别很大，这是因为相对误差表达式中分母的被测量在很大范围内变化，而作为其分子的绝对误差却在仪表标度尺工作部分全长上变化较小。随着被测量的减小，相对误差却增加。这样就使得在仪表标度尺的各个不同部位，相对误差不是一个常数，而且变化很大。显然，这样反映不了仪表的准确度。为了确定仪表的准确度和划分仪表的准确度等级，可以使用满度误差来表示。

绝对误差Δ与仪表量程Am之比的百分数叫做满度误差γm，即

由于仪表各标度位置的绝对误差不完全相等，可取可能出现的最大绝对误差与仪表量程的比值百分数作为仪表的最大满度误差γnm，即

随着仪表的升级换代，精度越来越高，在实际测量过程中，往往根据工程需求来选择合适的测量方法，只要误差在允许范围内，测量方法应尽量简便。

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