電學(xué)計(jì)量的不確定度理論與誤差分析

杜海洋

摘要：在社會發(fā)展迅速、科技水平不斷提升的今天，人們對測量儀器的質(zhì)量提出了更高的要求。因而，測量和測量誤差就成了測量工作的一個(gè)重要的方面。電力測量是測量中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不但需要高精度、高精度，還需要高質(zhì)量的測試技術(shù)和測試過程。目前，電力測量已被廣泛地用于測量技術(shù)和測量指標(biāo)的管理。但是，由于很多因素都會導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差，因此，對造成測量結(jié)果的原因進(jìn)行剖析，并對如何防止測量結(jié)果的錯(cuò)誤進(jìn)行處理，仍然是各有關(guān)部門的主要工作。

關(guān)鍵詞：電學(xué)計(jì)量;誤差;分析

前言：我國是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、政治、科技等各領(lǐng)域飛速發(fā)展的發(fā)展中國家，在經(jīng)濟(jì)、政治、科技等各領(lǐng)域得到迅速發(fā)展的同時(shí)，也存在著許多阻礙我國迅速發(fā)展的問題，需要我們克服困難，克服困難，使我國的發(fā)展變得更加科學(xué)合理。電力儀器的計(jì)量也是如此，電力儀器的計(jì)量技術(shù)正處在高速發(fā)展的階段，而由于技術(shù)水平的進(jìn)步，電力儀器的計(jì)量精度也越來越高。電子儀器測量技術(shù)在實(shí)際工作中得到了越來越多的運(yùn)用，然而它所造成的測量結(jié)果也會對人類造成一定的危害。在實(shí)踐中，所測得的數(shù)據(jù)并非真實(shí)，存在著一些偏差，并且會對決策人員作出準(zhǔn)確的決策。海森伯把量子力學(xué)中的不確定性聯(lián)系運(yùn)用到電子儀器測量中。

1.電學(xué)計(jì)量誤差分析

因?yàn)槊總€(gè)操作員對電子技術(shù)的了解和對校準(zhǔn)的了解都有很大的差別，而且每個(gè)人的主觀喜好都會導(dǎo)致一些偏差。有些操作人員并不太適應(yīng)從一個(gè)與地面相垂直的方向上讀取數(shù)據(jù)，從而造成一個(gè)系統(tǒng)錯(cuò)誤，這個(gè)錯(cuò)誤是最普遍的，當(dāng)然，也有一些錯(cuò)誤的，因?yàn)楹芎币姡栽诖司筒贿M(jìn)行討論了。一些試驗(yàn)操作員的工作也很可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。比如在切換機(jī)械式開關(guān)時(shí)，如果受力的變化，將會對接觸面的電阻值產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤。在檢查的時(shí)候，如果不是按照檢查程序來做，很容易造成錯(cuò)誤，這就是所謂的檢測方法錯(cuò)誤。此類錯(cuò)誤較為普遍，可以建立起一套行之有效的預(yù)防體系。在實(shí)際的測試中，因測試的條件、測試環(huán)境等原因，常常采用非常規(guī)的測試手段，而這些都是在企業(yè)中發(fā)生的。例如，在對測量儀進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，因使用不同的方法，所得到的結(jié)果也會不同。

儀表的偏差，一般像標(biāo)準(zhǔn)的電子儀表都有一個(gè)等級，比如0.1級，0.5級，這就是我們所說的標(biāo)準(zhǔn)器具的體系錯(cuò)誤。這是根據(jù)有關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)規(guī)范來制定的，并且會在產(chǎn)品的認(rèn)證中給出，但也是有時(shí)限的，如果超過了這個(gè)時(shí)間，那么就需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)。但是，因?yàn)闇y量的標(biāo)準(zhǔn)量有時(shí)會因?yàn)槠罨蚱茡p而導(dǎo)致偏差值超出規(guī)定的限度，從而造成較大的系統(tǒng)錯(cuò)誤，故應(yīng)對測量標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行例行的檢驗(yàn)，一旦出現(xiàn)問題，應(yīng)立即進(jìn)行維修或替換。

在AC回路中，當(dāng)電流的阻抗值為無功時(shí)，稱為剩余電抗，而當(dāng)電流的阻抗值為有功時(shí)，稱為損失阻抗時(shí)，若不把這些因素計(jì)算進(jìn)去，則會產(chǎn)生偏差，這種錯(cuò)誤稱為直流阻抗，因?yàn)橹绷髯杩谷切蔚膬啥耸亲杩购碗娍怪担杩筞=R+ jX，則會造成誤差。當(dāng)在測試時(shí)，若因電壓敏感性或數(shù)值高于設(shè)置的電壓而使該儀表不再發(fā)生改變，則會造成模擬或相位偏差。在直流回路中，要特別重視振幅和相位的影響。若用OB來抵消一個(gè)不知名的電壓OA，則當(dāng)矢量OB的末端與該電壓敏感閾值（AB長度）相同時(shí)，如果繼續(xù)降低AB，則沒有發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)的改變，此時(shí)，該靈敏度就是AB的范圍，測量OA的誤差有模的誤差，又有相角誤差。

2.不確定度理論

2.1測量不確定度的概念

其實(shí)，對于測量儀器不確定的定義，它是一種不明確的表示，它的不確定性是由它所能反映出來的，也就是它所能看到的各種不同的數(shù)據(jù)。測量不確定度是一種與測定結(jié)果緊密相關(guān)的參量，它可以描述被測數(shù)據(jù)的彌散性。但此方法必須根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)來判斷。不確定性的程度直接影響著測試結(jié)果的有效性，并可能成為影響結(jié)果的關(guān)鍵因素。另外，由于不能保證其精度，也會對最大容許偏差和最大示值偏差產(chǎn)生一定的影響。

2.2不確定度的分析評定過程

目前，我國對不穩(wěn)定的評估主要分為兩種，一種是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的靜態(tài)不確定性評估，另一種是基于新的模型和新的理論。不穩(wěn)定評價(jià)的方法是：建立一個(gè)數(shù)學(xué)模式-對不確定性的源進(jìn)行評估- A或 B級評估-綜合不確定性-延伸的不確定性-獲得不穩(wěn)定的報(bào)表。

2.2.1靜態(tài)不確定度評定

經(jīng)過多年的實(shí)踐，我國的專家們在進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)后，采用最大方差法來評價(jià)測試的不穩(wěn)定性。另外，還有學(xué)者提出了基于最小二乘法的不確定性評價(jià)公式，其計(jì)算公式是由最小二乘法得到的，它具有一定的自主性，既符合正常的分配，又具有自主性，而且通過實(shí)例證明，采用此方法可以克服 GUM在表達(dá)方面的不足。張海濱等人對不穩(wěn)定評價(jià)模式進(jìn)行了檢驗(yàn)，采用埃奇沃思級數(shù)的展開式表達(dá)了實(shí)測資料的分配關(guān)系，并采用蒙特卡羅仿真方法求得了實(shí)測資料的仿真結(jié)果，并與該方法建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。通過算例，說明該算法能很好地實(shí)現(xiàn)電力測量的測量精度。

2.2.2動態(tài)不確定度評定

在近代的錯(cuò)誤學(xué)說里，可以說是不確定的本質(zhì)，也是它今后的發(fā)展趨勢。動力學(xué)不確定性是一種與傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的分析相分離的新的研究方向。但是，由于其發(fā)展的時(shí)間比較短，該算法無法應(yīng)用到所有的不確定性問題，而采用靜態(tài)不確定和動態(tài)不確定的評估，可以得到更為明顯的結(jié)果。

不穩(wěn)定因素的分析：以一個(gè)與被測不準(zhǔn)的相關(guān)因素為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模式。在對被測不確定性進(jìn)行評估前，應(yīng)在被測不確定度中添加一個(gè)校正數(shù)值，從而使被測設(shè)備的最優(yōu)參數(shù)得到清晰，并排除了該偏差。

不確定性評價(jià)：各種因素都會對測量的不確定程度產(chǎn)生影響，其中，不確定度分值是衡量不同不確定度的標(biāo)準(zhǔn)差，可用 u來表示。

結(jié)束語

總結(jié)了電學(xué)計(jì)量不穩(wěn)定評價(jià)的基本原理，指出了在電學(xué)計(jì)量中如何評價(jià)不確定性是非常必要的。電力測量的結(jié)論與測量方法和不確定度的評價(jià)有很大的聯(lián)系。所以，在電學(xué)計(jì)量中，既要加強(qiáng)測量系統(tǒng)的技術(shù)精度，又要運(yùn)用科學(xué)的方法和理論，減少測量中的錯(cuò)誤，避免產(chǎn)生不利的因素，以達(dá)到提高電學(xué)計(jì)量工作的科學(xué)化。

參考文獻(xiàn)

[1]劉瑜.電學(xué)計(jì)量檢定測量系統(tǒng)誤差的因素分析[J].中國設(shè)備工程，2021（03）：181-182.