電工儀表測量誤差的實驗研究

張 濱（哈爾濱電工儀表研究所，黑龍江　哈爾濱　150028）

?

電工儀表測量誤差的實驗研究

張 濱
（哈爾濱電工儀表研究所，黑龍江哈爾濱150028）

摘要：隨著科技的發展及自動化水平的提高，電工儀表被普遍運用到很多工礦企業中產品質量的檢查、生產過程中的監測以及經濟運行中。由于將這些電工儀表接入電路中會對電路原有的工作狀態產生一定的影響，也會使儀表的讀數值和電路原有的實際值有所不同，造成誤差的出現。因此對于電氣技術工作人員來說，學習和掌握電工儀表測量技術和誤差分析十分重要。本文主要分析電工儀表測量時產生誤差原因及誤差分析。

關鍵詞：電工儀表；測量；誤差；實驗

1 電工儀表測量產生誤差的原因

運用電工儀器測量數據，產生測量誤差原因多種多樣，一般比較常見的有：（1）用于測量的電工儀表設備本身有缺陷；（2）實驗環境的變化造成測量數據不準確，有些精密儀器對于周圍的溫度、壓強、濕度、磁場等要求較高，周圍環境變化會影響電工儀器的靈敏度，出現誤差；（3）測量儀表的安裝及放置不恰當造成誤差出現；（4）實驗者經驗不足也是出現誤差的原因之一，要求電氣技術工作人員熟練掌握測量設備的使用方法；（5）人的感覺器官不夠完善，不能發現測量儀器的微小變化也是誤差出現的主觀原因之一；（6）測量時使用方法不完善或依據理論不嚴密或采用某些近似公式等。

測量時產生的誤差一般分為系統誤差和偶然誤差兩種，其中系統誤差的消除可以依據產生原因來采取相應方法措施，偶然誤差的消除方法則是想辦法抵消正負誤差。只有在進行精密實驗和精密測量時才對電工儀表可能出現的偶然誤差進行分析，而普通測量由于偶然誤差較小而常常被忽略，因此，一般的電工儀表在進行測量時主要考慮的是測量過程中產生的系統誤差。

2 誤差分析

2.1 電工儀表直接測量的誤差分析

利用電工儀表進行測量的最基本的方法是直接測量。此方法是把被測的量和作為標準的量直接進行比較，如果用于測量的電工儀表有刻度，可以直接讀取測得被測量的數值，這樣的電工儀表很多，例如用于測量電壓的電壓表、用于測量電阻的萬用表等。

根據直接測量法讀出的實驗數據以及誤差分析方法可以算出測量值的絕對誤差和相對誤差進行進一步的誤差分析，在分析不同大小的被測量時，不能簡單地用絕對誤差來判斷直接測量的準確度，此時電工儀表測得數據的準確性應該用相對誤差來衡量；而對于同一電工儀表來說，當被測量變化時，相對誤差也要隨著改變，被測的值越大絕對誤差越大，相對誤差反而越小，相對誤差很難對電工儀器進行全面衡量；若儀表具有相同最大絕對誤差，則被測量值越大，測量結果可能出現的最大相對誤差也就越小，由此可以得出儀表的準確度極大的影響了測量結果的準確度。

2.2 電工儀表間接測量的誤差分析

電工儀表進行測量的另一種常用方法是間接測量，通過直接測量測得的數據及和被測量有已知關系的幾個獨立的物理量，已知函數關系進行計算得出數值。測量中運用到間接測量的情況很多，例如對于電阻的電功率P的測量，通過運用直接測量方法得出電阻通過的電流I以及電壓U，根據P＝UI函數關系式進行計算，最終得出所需電功率P。間接測量法求得的數據不能使用直接測量法獲得，只是最終獲得數據的準確性不如間接方法，例如電功率可以通過功率表直接測得，只是由于功率表是電動系儀表，測得數據的準確度較低，因此在電工儀表實驗中有很多被測量都是根據實驗原理確定出被測量與某些直接測得量之間的測量公式，將間接測量轉化為若干個直接測量，再用直接測量值求出間接測量值。

電工儀表間接法進行測量的誤差分析分為以下幾種情況：（1）和與差合成相對誤差，此時合成誤差中的主要比例是數值最大的局部誤差，因此減小合成誤差的方法之一是較小數值最大的局部誤差；（2）積、商、乘方和開方的合成相對誤差，若被測量是幾個量之積，例如y＝x1· x2則合成相對誤差γ＝γ1＋γ2，若被測量是幾個量之商，例如y＝x1/x2，則合成誤差γ＝γ1-γ2，若被測量為直接測得的數據的平方，例如y＝x2，則合成誤差γ＝2γ，若被測量為直接測得的數據的開方，例如y＝x，則合成誤差γ＝1/2γ。

3 減小誤差的方法

3.1 選用合適的儀表

為了盡可能減小測量過程中產生的誤差，測量時要充分依據測量對象的性質來選擇電工儀表。測量過程中盡可能降低誤差，對于電工儀表的量程的選擇要科學合理。測量時若選用小量程儀表測量太小，有可能損壞儀表，反之，若用大量程的儀表測量一些數值比較小的量就不能很精確地讀出數，結果誤差比較大。選擇儀表等級也非常重要，通常情況下在進行標準和部分精密測量時，儀表的準確度一般是0.1～0.2級，我們在進行實驗測量時一般選用準確度為0.5～1.5級的儀表，而工廠生產中用于測量儀表等級一般是1.0～5.0級。

3.2 準確讀取測量數據

一般采用直接測量法測得的數據的誤差只用一位數字表示。為了減小讀數誤差，對于有刻度的儀表在讀取數據時要估讀到最小刻度的1/10。減小誤差應選擇合適的儀器、儀表的量程，儀表選擇要求在測量時指針偏轉應在量不少于總量程的1/3。在相同的情況下進行多次測量也是為了提高測量結果的可靠性和精確度的必要方法。

3.3 合理處理測量數據

測量過程中直接測得的數據或由計算所得測量結果，從第一個非零數字算起到誤差最低位所對應的那位數為止即為數據全部的有效數字，有效位數的保留會影響最后的誤差大小，在進行數據處理時要根據實際情況選擇合理的有效位數，以此來減小最后的誤差。

結語

總之，電工儀表的測量的內容極其廣泛、繁雜，運用范圍也極為廣泛，并且在不斷充實、更新。電氣技術工作人員要熟練掌握其電工儀表測量的基本原理、方法，并努力提高分析、歸納、推理、觀察、操作的能力，用科學嚴謹的態度和方法工作，盡可能減小測量過程中系統誤差的產生，通過合理的方法進行誤差分析，使最終的數據更具有可靠性、合理性。

參考文獻

[1]周素芬.芻議電工儀表的測量誤差及消除策略[J].職業，2014，06（01）：138-139.

[2]王國翠.淺談電工儀表的測量誤差與消除方法[J].電子技術與軟件工程，2013，23（03）：131.

[3]張經緯.談電工儀表測量中容易忽視的幾個問題[J].濰坊工程職業學院學報，2013，04（03）：84-85＋100.

[4]冷芳.淺析電工儀表的測量誤差及其消除方法[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2013，01（01）：27-29.

中圖分類號：TM73

文獻標識碼：A