电工仪表测量误差的实验研究

杨禄

【摘 要】伴随我国社会经济和科学技术水平的不断提升，人们物质生活普及，提高了生活水平。在人们现代化的生活与工作中，不能脱离对电能的使用，因此提升了对电设备的测量要求及标准。基于多年工作经验，对产生测量误差的原因进行了分析，为更加精确测量质量，对测量、及消除电工仪表设备误差方法进行了简要的探讨。

【关键词】电工仪表；对策；消除误差；测量误差

电在现代人们的生活与工作中占据了主要的位置，离开电、通信、交通、照明、取暖等一系列与电相关的应用，工作与生活都会瘫痪，给人们带来了极大不便。对此，为了让人们更有效掌控电能，电工仪表作为人的监控、了解的主要手段、防止产生故障，所以正确使用与维护电工仪表的方法极其重要。电工仪表的应用领域十分广泛，如电器产品的检测、用电设备的调试与安装等等。但是，在实际测量的过程中，人们即使将电工仪表正确使用方法得以掌握，其结果也并非十分精确，测量结果误差难免，这也是一些因素所致。

一、电工仪表的应用

熟悉运行过程电工仪表专业名词是对电工仪表了解之前的工作之一，与一般摸得着、看得见的物质不同，在使用、传输、变配、产生的过程中，必须要测量电能负载情况与质量，并分析各种电工仪表的测量结果，才能够确保线路、用电设备安全、经济、可靠的运行。能够实现电路参数、磁量、电量等测量的技术设备的总称为电工仪表。电工在电工仪表运行的过程中可以获得电路参数、磁量、电量等相关数据。比较测量法、间接测量法、直接测量法是电工测量的方法。比较测量法虽然操作繁琐、且价格高、设备复杂，但是具有准确度高的有点，在测量过程中需要使用度量器，被测量数值需要通过对比数值来确定；间接测量法是先将被测量相关电量测出，之后被测量数值可通过计算求得，这种方法较适用于如对工作状态下元器件的电阻值进行测量等对准确度要求不高的特殊情况，该方法最适合测量非线性元件电阻，通过一定的函数关系式获得需要数值；直接测量法就是电压表测量电压的方法，带有特定刻度的电工仪表则是直接测量的测量工具，在对比标准量值与被测量值后，获得所需要的数据，该方法虽然准确度不高，但是读数迅速且方法简便。

二、仪表分类

1、按照用途、结构划分

按照仪表用途、结构可将其分为：智能仪表、数字仪表、比较仪表、指示仪表四类。智能仪表可以实现分析运算、数据处理、自诊断故障、自动校正、记忆、程控等功能，其利用了微处理器的计算和控制功能。数字仪表以数码的形式，采用数字测量技术，将被测量的大小直接显示出来。比较仪表在测量过程中，对比某一特定标准量和被测量后，通过对结果的对比来对待测值大小进行确定。指示仪表从一定程度上降低了读书所产生的误差，可从仪表指示的读数上直接确定被测值的大小。感应系仪表、电动系仪表、电磁系仪表、磁电系仪表等是按照指示仪表的工作原理划分的。

2、仪表误差类别

差值的存在不论电工仪表的质量，也不论电工仪表的种类，差值也称之为误差。基本误差和附加误差是仪表误差的两类。基本误差就是在工作条件正常时，仪表因制造工艺、自身结构等方面缺乏完善所致。附加误差属于额外误差，是与规定的工作条件发生偏离而产生的。

3、仪表测量误差

引用误差、相对误差以及绝对误差是电工仪表的测量误差。待测量与仪表的指示值两者的差值即为绝对误差；真实值与绝对误差之前的百分比则为相对误差；而仪表量程，即最大读书与绝对误差比值的百分数就是引用误差。

三、测量误差以及消除对策

在使用电工仪表的过程中，误差的产生有两种情况，一种是由于系统设备、实验等自身造成的误差，要减小该误差就需要通过优化方案；另一种是因读数造成的误差，这种误差是可以避免的。下面对不同的误差展开具体探讨。

1、疏失误差

疏失误差会导致测量结果显著与正常值偏离，其将测量结果严重歪曲。由于操作人员疏忽与粗心造成了疏失误差的产生，通常情况下，测量的结果会受到测量人员的工作心态、工作习惯、专业素质、分辨能力、工作经验等的影响，例如工作人员因情绪问题造成测量误差、操作人员使用的方法不得当、测量总错误记录数据导致计算错误等等。

消除疏失误差的对策：先抛弃不用含有疏失误差的测量结果，强化工作人员的专业培训以及素质教育，通过长期的学习与积累，端正工作人员工作态度，提高其专业技能水平，才能确保测量方案更适合。为从根本杜绝疏失误差，测试人员应养成耐心和细心良好习惯，将自身的技术水平努力提高，强化及巩固理论知识的学习；及时消除疏失误差，直至测量结果与要求完全符合为止，进行重新测量。

2、随机误差

在测量误差中，还有一种随机误差，因其具有很强的不确定性，没有一定规律可循，因此也称作偶然误差。产生随机误差主要源自于不确定的外界因素，例如：操作人员微小变化、频率、电源电压的骤变、磁场的干扰、温度与环境的突变等等。在测量个别数据时，随机误差具有偶然性，这种误差特点包括：多次测量过程中，绝对误差相对比较大的数据出现的频率相对较小，反之，出现的频率较大；在增加测量次数后，随机误差出现对称性；测量工作一定的环境下，某一个限定值会大于随机误差的绝对值。

消除随机误差的对策：虽然一次测量的结果没有规律，但经过N次测量后，可以看出偶然误差与统计学规律相符。采用重复测量法来减小出现随机误差的频率。可将重复测量的次数增加，测量值可选用平均值，这样则可从一定程度上对测量结果准确度进行确保，减少随机误差。测量次数越多测量的结果就越准确，误差越小。

3、系统误差

由系统设备、实验测量不严密等原因产生的系统误差，在相同条件下，所出现的系统误差具有一定规律性，在对一个特定的待测值进行重复测量时，获得的数据规律性很强。在测量之前，就存在着系统误差，但是测量的结果在系统误差的影响下，总是向特定方向偏离。产生系统误差原因：第一，在测量的过程中，对实验结果造成误差的有适用的测量设备，不仅如此，测量时外界环境以及测量仪表自身缺乏完善性都会给测量结果带来一定误差和影响。第二，不够完善的测量方法导致误差的产生，将不完善的方案用于测量过程中，很大测量误差会产生。从而对测量数据造成影响。第三，因改变了仪表工作条件导致的附加误差，或者测量仪表自身不完善而导致的误差等。作用不可避免的误差，系统误差具有自身特点，如测量数据规律性极强。无法通过试验次数的增加来减小误差，而必须采用低误差测量设备、以及优化测量方案等。

消除系统误差对策：为减小系统误差，可先对系统误差的影响因素进行了解，才能够保障准确的测量结果。第一，注意高精度的、合适的工作仪表的选用，尽量为电工仪表提供所需的环境。第二，采用如替代法、正负误差补偿法等合适的测量方法。替代法是被测量由已知量数值代替，保持仪表工作状态不变。正负误差补偿法即两次测量同一量，使系统误差一次为负，一次为正，在对平均值进行计算后，可将系统误差消除。第三，将校正值法引入测量过程，测量数据与校正值的绝对误差方向相反，但大小相等，主要就能够将系统误差减小或消除。修正值也是校正值，其为被测量的真实值，进行测量前，若仪表的校正值已知，根据校正值与仪表的指示值可将被测量的真实值求出。第四，在操作前，相关工作人员应将准备工作做好，防止测量仪器之间的干扰，检查是否规范线路连接，是否正确检查测量仪器的安装等等。在测量的过程中，为尽可能将误差减小，确保准确读数，还需要对测量位置正确选定。

（作者單位：辽河油田建设有限公司）