電工電子實驗中如何減小測量誤差

王一萍

（重慶市工業(yè)學校 中國 重慶 400060）

實驗是電工與電子技術課程的一個重要環(huán)節(jié)，而各種實驗數(shù)據(jù)通常由測量所得，學生在實驗測量時嗎，測量結果與被測量的實際數(shù)值總存在著測量誤差，測量數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)有時相差很大。分析測量誤差產(chǎn)生的原因及其減小的方法，有利于學生加深從理論到實踐存在差別的理解，在實驗中盡量減小誤差。

測量中，由于對客觀規(guī)律認識的局限性，測量用儀器儀表不準確，測量手段不完善，測量條件發(fā)生變化及測量工作中的疏忽或錯誤等原因都會使測量結果與理論數(shù)據(jù)不同，這個差別就是測量誤差。

造成測量誤差原因有很多，常見的有：測量設備的缺陷；測量儀器不準；測量儀表的安裝與放置和使用不當；電表零點不準；測量環(huán)境溫度的變化；周圍電磁場的影響；測量時使用的方法不完善；所依據(jù)的理論不嚴密或采用了某些近似公式等。其中，由于使用儀器進行測量而產(chǎn)生誤差是重要原因之一。怎樣進行測量才能減少由此產(chǎn)生的誤差呢？

1 儀器儀表的選用

1.1 充分依據(jù)測量對象的性質來選擇電工儀表。比如被測量對象是直流還是交流，交流量是正弦還是非正弦，是要測有效值、平均值、最大值、還是瞬時值等。這樣才能根據(jù)需要選擇采用何種儀表，從而避免誤差。

1.2 在選擇儀表進行測量時，儀表內阻應根據(jù)測量對象和測量線路的電阻大小來進行選擇。如測量電流使用內阻越小越好的電流表，而測量電壓使用內阻越大越好的電壓表。

1.3 在測量中，要想降低誤差，還應該正確選擇儀表的量程。如果用小量程儀表測量大電量，儀表很容易被損壞。而用大量程的儀表測量一些小量值，則讀數(shù)就會不夠精確，誤差比較大。

1.4 在測量中，選擇儀表等級也十分重要，如常用的標準和部分精密測量需要用準確度0.1到0.2級的儀表，而一般的實驗測量0.5到1.5級的儀表足夠了，工廠生產(chǎn)中測量儀表一般是1.0到5.0級的儀表。

1.5 被測電路的輸入或輸出阻抗與測量儀器的輸入或輸出阻抗不匹配也將造成測量誤差。

以用數(shù)字電壓表或測量示波器電路的內部電壓為例，當被測電路的輸出阻抗為Zm，內部電壓為U。用輸入阻抗為Zn的數(shù)字電壓表或示波器測量時，測得的電壓為U’。當Zn＞＞Zm時，U’≈U，此時誤差非常小。如果Zn=Zm，U’=U/2，指示值為實際電壓的1/2。因此，在這種情況下，必須選擇測量儀器的輸入阻抗比被測電路的輸出阻抗大很多的儀器。

除此之外，在測量過程中，測量儀器、被測電路在接地時應避免多點接地，而采用一點接地方法，以排除接地不當對測量結果的干擾而產(chǎn)生測量誤差。如：采用二處接地，工作電流在接地點之間產(chǎn)生感應電壓或在各接地點間產(chǎn)生電壓，這些原因都會造成測量上的誤差。為此，必須采取一點接地措施。

2 測量數(shù)據(jù)的讀取與處理

2.1 直接測量數(shù)據(jù)的讀取

一般情況下，直接測量所得到的數(shù)據(jù)的誤差只用一位數(shù)字表示。這時，儀器讀數(shù)的最后一位是讀數(shù)誤差的所在位。為了減小讀數(shù)誤差，從儀器、儀表上讀取數(shù)據(jù)時，應盡可能地估讀到儀器、儀表最小刻度的1／10。有些分度較窄而指針較寬的指針式儀表，可以估讀到其指示度盤的最小刻度的1／2或1／5。測量數(shù)據(jù)的讀數(shù)位數(shù)應與對測量精度要求的位數(shù)相適應。恰當?shù)淖x數(shù)位數(shù)除與正確地選擇儀器、儀表有關，還與正確選擇儀器、儀表的量程有關。測量時，指針式儀表的指針偏轉應在量程1／3以上的位置。

為了提高測量結果的可靠性和精確度，在相同情況下，應對同一被測量采用較多次數(shù)的重復測量。特別是在有干擾影響或在動態(tài)測量的時候，儀器、儀表讀數(shù)的指示裝置往往不穩(wěn)定，在這種情況下，更應讀取多次的測量數(shù)據(jù)，通過求算術平均值的方法，來確定被測量的實驗結果，或者在不嚴格的情況下，讀取其指示數(shù)值中出現(xiàn)次數(shù)最多的數(shù)據(jù)作為測量的結果。

2.2 實驗曲線測量數(shù)據(jù)的讀取

在分析兩個（或多個）物理量之間的關系時，用曲線比用數(shù)字、公式表示常常更形象和直觀。因此，測量結果常要用曲線表示。為了使測量數(shù)據(jù)能充分、正確地體現(xiàn)被測量間關系變化的客觀規(guī)律，在讀取實驗數(shù)據(jù)時，在曲線變化比較緩慢或線性變化區(qū)，可少取數(shù)據(jù)點；在曲線變化劇烈的部分要多取數(shù)據(jù)點，曲線上極值點和拐點處的數(shù)據(jù)要完整。為了便于測量，在讀取數(shù)據(jù)前，首先應仔細觀察隨自變量變化的曲線形狀，對變化關系復雜的曲線，可先根據(jù)觀察的數(shù)據(jù)畫出曲線的大致形狀，標出其特殊點的數(shù)據(jù)，以備精確測量數(shù)據(jù)時作參考。然后，根據(jù)被測曲線的變化特征列表，讀取測量數(shù)據(jù)，這樣可以提高測量的速度和精度。

2.3 測量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字

實驗中所得測量數(shù)據(jù)或由計算所得測量結果，從第一個非零數(shù)字算起，到誤差最低位所對應的那位數(shù)字為止的全部數(shù)字，在測量上稱為有效數(shù)字。有效數(shù)字通常由可靠數(shù)字和欠準數(shù)字兩部分組成。例如：由電流表測得電流為25.3mA，這是個近似數(shù)，25是可靠數(shù)字，而末位3為欠準數(shù)字，即25.3為三位有效數(shù)字。有效數(shù)字對測量結果的科學表述極為重要。對有效數(shù)字的正確表示，應注意以下幾點：

1）與計量單位有關的“0”不是有效數(shù)字，例如：0.032A與32mA這兩種寫法均為兩位有效數(shù)字。

2）小數(shù)點后面的“0”不能隨意省略，例如：14mA與14.00mA是有區(qū)別的，前者為二位有效數(shù)字，后者是四位有效數(shù)字。

3）對已知誤差，則有效數(shù)字的位數(shù)應與誤差所在位相一致。即：有效數(shù)字的最后一位應與誤差所在位對齊。如：儀表誤差為±0.05，測得數(shù)為5.3274V，其結果應寫作5.32V。因為小數(shù)點后面的第二位“2”所在位已經(jīng)產(chǎn)生了誤差，所以從小數(shù)點后面的第三位開始后面的“74”已經(jīng)沒有意義了，寫結果時應舍去。

總之，測量的內容極其廣泛、繁雜，并且在不斷充實、更新。同學們在電工電子實驗中要掌握其基本原理、方法，提高分析、歸納、推理、觀察、操作的能力，培養(yǎng)嚴格的科學態(tài)度和科學的工作方法。

［1］賀令輝.電工儀表與測量[M].北京：中國電力出版社，2006.

［2］余潔.檢測技術與儀器[M].北京：清華大學出版社，2004.