儀表的常見測量精度誤差和原因分析

王秋圓

摘 要：在智能電網發展過程中，儀表是系統檢測和監測的核心，其測量精度與系統運行各個環節密切相關。文章介紹了儀表常見誤差的表示方法，對儀表的常見測量誤差進行了分類，并就誤差起因進行深入的分析和研究，以期提升測量儀表的使用水平，推動電網發展。

關鍵詞：儀表；測量精度；誤差；原因分析

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0060-02

2009年，我國提出建設健全智能電網的發展戰略，智能電網具有安全、智能、高效的特點，智能量測技術在電網中獲得了廣泛的應用。電力系統內存在包括電能表、電流表、電壓表等大量的測量表計，其測量精度對系統安全穩定有重要影響，在此背景下，熟悉電力系統內常見測量儀表的誤差，并結合誤差成因進行深入的分析和研究，具有重要意義。

1 儀表常見誤差的表示方法

儀表的誤差指的是指示值與測量實際值之間的誤差，儀表的誤差越小，其測量精度就越高。例如，準確度為0.5級的儀表，其最大允許誤差為±0.5%，測量的精度能夠精確到實際值的±0.5%以內。電工儀表的常見準確度等級與基本的測量誤差之間的關系見表1。

在實際工作中，儀表的誤差表示有以下三種方法。

1.1 絕對誤差

絕對誤差指的是儀表的指示值與真實值之間的差值，絕對誤差有正負之分，量綱與被測量相同。其計算公式為：

？駐絕對=A示-A真（1）

其中：

A示為儀表的指示值；

A真為測量的真實值。

例如，某電流表的指示值為4.95 A，而實際值為4.98 A，則其絕對誤差為-0.03 A。

1.2 相對誤差

相對誤差是駐絕對誤差與被測量值A真之間的比值，相對誤差通常使用百分數來表示，不具有量綱。其計算公式為：

與絕對誤差相比，相對誤差不僅能夠表征測量結果的準確程度，也可以用于不同測量方法的比較。

例如，在測量真實值為60 A的電流時，得到的？駐1絕對為“+0.3 A”；在測量真實值為20 A的電流時，得到的？駐2絕對為“+0.2 A”，此時，僅從絕對誤差大小的比較來講，？駐1絕對>？駐2絕對，但是顯然不能因此認為第二種測試結果比一種精確，根據相對誤差的計算：

？駐1相對=？駐1絕對/60=0.3/60=0.5%，

而？駐2相對=？駐2絕對/40=0.2/20=1%，

由于？駐1相對<？駐2相對，則第一種測試結果更加精確。故此，電力工程中常用相對誤差來進行測量結果的比較。

1.3 引用誤差

引用誤差是為了說明儀表自身準確性能而引入的，根據上文分析，相對誤差雖然可以對比出不同測量結果之間的準確程度，但對同一個儀表來說，來測量不同的待測值時，儀表的指示值A示不停的發生變化，對于同一個儀表來說，根據

來計算時，不同的待測值就對應了不同的相對誤差，因此，相對誤差就難以表征儀表的準確性能。由此引入引用誤差的概念。

引用誤差是指絕對誤差與自身測量滿刻度值之間的比值，計算公式為：

其中，A上限是指儀表測量上限。引用誤差其實是測量上限所對應的相對誤差。由于儀表的測量滿刻度值是一個常數，絕對誤差也大致不變，因此，引用誤差能夠較好的反映出儀表的特性。

2 儀表的常見測量誤差分類

電力系統內存在大量的保護和測量儀表，如功率表、歐姆表、電能表、電壓表、電流表等，通過這些測量表計測量和計算系統內的模擬量，這些數據對電力系統運行具有重要作用，與繼電保護裝置動作、系統工況計算、用戶電費收繳工作密切相關，影響到電力系統的生產、營銷、調度、規劃等各個環節。

在實際運行中，受到各種干擾因素的影響，表計不可避免的存在一定的誤差，根據誤差產生的原因，可以將儀表的常見測量誤差分為以下幾種。

2.1 隨機誤差

隨機誤差是由于各類偶然性的不可控因素引起的誤差，其方向和大小均具有隨機性。在測試時，隨機誤差表現為：雖然測試的條件和方法完全相同，但個別數據的測量結果卻略有差異，多次重復測量的過程中，雖然有偶然性差異，但整體數據呈現對稱性，并服從高斯分布的統計學規律，隨機誤差的絕對值總在某一個限定值之內。隨機誤差產生的原因是多方面的，包括外界溫度和濕度變化、電磁干擾、電源電壓變化等外界不確定因素。隨機誤差難以根本消除，單可以盡量避免，實際測量中可以適當增加測量次數，或對測量結果求平均值，來提升測量結果的準確性。

2.2 系統誤差

系統誤差是由測量時設備自身的不嚴密或系統存在不足等因素導致的，由于導致系統誤差的原因具有確定性，因此系統誤差的出現具有規律性，當測試條件和方法保持不變時，重復測量出的數據總是會向某一個特定結果偏離。導致測量誤差的原因是多方面的，包括測量儀表自身誤差、測試方法不完善、外界環境影響等，由于測量時的系統誤差是由特定原因引起的，因此，只要找到引起測量誤差的準確原因，結合正確的測量方法，如正負誤差補償法、替代法、校正值法等，就可校正甚至消除系統誤差。

2.3 疏失誤差

疏失誤差是由于人為原因導致的誤差，測量的結果可能嚴重偏離實際結果。疏失誤差產生的原因主要是測試人員的疏忽造成的，可能是測試時錯誤接線或數據記錄和計算錯誤，與其工作經驗、專業素養、責任心有密切聯系，疏忽誤差出現的原因完全是人為引起的，因此，在實際工作中應該不斷的對工作人員加強技術培訓，提升職業素養，不斷優化測量方案，以降低疏失誤差出現的概率。

3 儀表常見測量精度誤差的原因分析

3.1 儀表自身因素

3.1.1 量程選擇不當

在實際測量中，為了確保測量數據的準確性，需要選擇合適的量程，一般測試時盡量使儀表指針處于滿刻度的后1/3段。目前，由儀表自身因素引起的精度誤差原因中，很大一部分是量程的影響，例如：某被測直流功率大概為1 740 W左右，A功率表參數為220 V/30 A/0.2級，B功率表參數為220 V/10 A/0.5級，A表的精度級別為0.2級，優于B功率表的0.5級，因此很多測量人員會選擇A功率表，但實際上通過計算可得，對于目標值1 740 W來說，A功率表的相對測量誤差為0.75%，而B功率表僅為0.5%，從降低誤差的角度出發，正確的選擇是B功率表。

3.1.2 儀表接觸不良

隨著儀表工作年限的增加，其自身的配換擋開關、電鍵按鈕等部件由于頻繁使用而不斷磨損和老化，當達到一定的使用年限以后，可能會由于老化嚴重而達到使用壽命，導致儀表主回路接觸不良，儀表工作狀態不穩定，測量值誤差增大。

3.2 周圍環境因素

儀表屬于精密元器件，內部有各種半導體元件、功率放大元件、電路板等對環境因素敏感的元器件，一旦周圍環境因素變化過大，也有可能對儀表測量精度造成影響。

3.2.1 溫度因素

隨著天氣變化，儀表所處的外界溫度環境也不斷變化，對于一些熱敏元件造成影響。例如，一些熱敏電阻的阻值隨著溫度的變化而增減，遵循一定的溫度系數而呈規律性變化，如果溫度系數事先未知，儀表又未在標準條件（20 ℃）下使用，則就不能準確確認電阻值，測試結果就出現了誤差。

3.2.2 濕度因素

濕度也是影響儀表工作性能的重要條件，對儀表的影響主要體現在對電子元器件性能的影響，當環境濕度持續過高時，儀表內部金屬部分可能出現銹蝕和霉變，降低儀表絕緣性能，輕則引起儀表的接觸不良，重則引發安全事故。檔環境濕度持續過低時，可能因為靜電感應而在儀表上積累大量靜電，當人與儀表接觸時，引發靜電放電而損壞儀表內部元器件，引起測量誤差。

3.2.3 電磁干擾

儀表的工作和存儲環境周圍充滿大量電力元件，這些元件都是電磁輻射源，相互之間也不可避免的存在干擾，電磁干擾是影響測量儀表精度的最復雜因素，也是最難發現和避免的影響因素。

3.3 人為因素

人為因素引起的測量誤差主要為疏忽誤差，作為精密器件，大部分儀表的使用都需要專業人員來操作，因此人為因素也是造成儀表綜合誤差的重要來源。例如，對雙臂電橋的測量中，如果四個端子的接線順序出現錯誤，不僅會增大測量誤差，還可能損壞測量儀表內的電子元器件。另外，儀表量程選擇不科學、儀表接線接觸不良等，也可能引起測量誤差。

4 結 語

順應智能電網背景下自動化、智能化、自愈化的發展趨勢，在日常測量和使用過程中，我們應該通過合理選用儀表、科學選擇精度等級和量程、規范儀表使用方法、采用金屬屏蔽等一系列措施，來消除測量精度誤差，以提升儀表的測量和使用水平，為電網安全穩定運行做出貢獻。

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