浅谈电测仪表误差的形成及其控制

彭庆辉

(国网安庆供电公司,安徽安庆 246003)

浅谈电测仪表误差的形成及其控制

彭庆辉

(国网安庆供电公司,安徽安庆 246003)

在电测仪表测试过程中,不可避免的会出现一些误差,如何尽可能减少误差的出现,根据本人从业20多年的经验,从误差的形成进行分析,总结出一些解决方案。

电测仪表 误差 形成 控制

测量误差，按其性质和特点，分为系统误差、随机误差和粗大误差。在同一测量条件下，多次重复测量同一量值时，测量误差的绝对值和正负符号都保持不变，或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，叫做系统误差；在同一测量条件下，多次重复测量同一量值时，测量误差的绝对值和正负符号以不可预知的方式变化，叫做随机误差；粗大误差又称疏忽误差或过失误差，它的发生是由于测量者技术不熟练，测量时不小心或外界环境条件的突然变化等原因而引起的，误差值一般比较显著，对确认含有粗大误差的测量数据，应予以剔除。

下面，我想着重谈一谈系统误差。系统误差分为定值系统误差和变值系统误差。

期望与真值之差就是定值系统误差，如果用算术平均值代替期望，那么，我们也可以认为算术平均值与真值之差就是定值系统误差。因此，当我们用某一计量器具对某量进行多次测量后，取得算术平均值，然后再用准确度等级更高的计量器具对同一量仍进行多次测量，并把它的平均值当作约定真值，则前后两次测量的算术平均值之差就可以认为是定值系统误差。我们日常进行的检定工作，主要任务之一就是发现仪器仪表的定值系统误差。定值系统误差不影响测得值的残差，它对重复测量的每一结果的影响相同，从测量列的原始数据本身，看不出有无定值系统误差存在，常采用对比检定法、均值与标准差比较法等方法来发现。

变值系统误差是指在多次重复测量同一量值时，由于在测量过程中，测量条件有变化，而使误差的绝对值和正负符号按一定规律变化的误差，又分为线性系统误差、周期系统误差和复杂系统误差三种类型。

在精密测量中，对比较显著的系统误差，应细致敏锐地查找其产生的原因和变化规律，否则不但不能对系统误差进行修正和消除，甚至还不知道是否有误差存在，尤其是变值系统误差，它将歪曲随机误差的分布规律，使对随机误差不能进行正确的分析和估算，应引起高度重视。

下面我想就如何减小和消除系统误差谈一点自己的看法。

削弱或消除系统误差的技术措施，主要途径有三个方面：(1)从误差根源上消除；(2)在测量过程中采取一定措施，避免系统误差引入测量结果；(3)设法掌握系统误差的具体大小数值，从测量结果中修正。

从事实验或测试的人员在试验前对测量过程中可能产生系统误差的各个环节作仔细分析，从产生系统误差的根源上消除，这是最根本的方法。

首先，测试时应选择误差等级能满足要求的计量器具，但要注意的是，计量器具的准确度等级指标往往不与测量结果的准确度相对应，这是因为不少计量器具的准确度等级是根据测量上限定的。例如：上量限100mA的0.5级电流表，在测量100mA时最大相对误差(其中：Ax为测量仪表的指示值，Am为测量仪表的上限值，K%为准确度等级)，在测量10mA时最大相对误差；若上表的准确度为0.2级，其它相同，则在测量1 0 m A时最大相对误差综上两例分析可得，当表量程及测值不变时，仪表准确度越高测量结果越准确，测量结果的准确度并不等于(一般小于)仪表的准确度，除非测值为满量程时，才能保证使测量误差达到准确度等级。又例如：某电压表准确度为2.5级，量程为250V，用该表分别测量220V和110V电压，最大相对误差计算如下

由上例可以看出，在测量仪表准确度一定的情况下，被测量值越接近所选量程值，则测量误差越小，反之则越大，实际工作中一般把被测量指示范围选择在仪表标度尺满刻度的2/3以上，以确保测量误差较小。所以，选择计量器具时，不但应考虑到它的准确度等级，还应考虑它的使用范围。第二，有的测量仪表反映的是被测量的有效值，有的反映的是平均值或峰值，所以，还应该根据测量目的和要求选用合适的仪表，否则也会产生系统误差。第三，测量仪表的内阻对测量结果的影响也不容忽视，因为仪表内阻有可能严重破坏电路的使用工况，即使仪表本身是准确可靠的，也会得出错误的结果；我们希望与电路串联的测量仪表的电阻越小越好，与电路并联的测量仪表的内阻越大越好，否则也会产生系统误差。第四，有些测量仪器配有专用导线或对导线电阻的大小有要求，使用时，也必须满足。例如：低量限的电压表和与分流器组合使用的大量限电流表，必须使用定值导线；使用双电桥时，跨线电阻必须很小。第五，有些仪表受环境温度、湿度影响较大，使用时，应尽量在规定的温湿度范围内使用，若不能做到这一点，应考虑修正温湿度附加误差。

此外，测量方法也是影响系统误差的一个方面，一般说，用直接测量法会得到较好的测量结果。为了减小由于仪表内阻而引起的系统误差，有时要根据仪表内阻和被测电阻的阻值不同而适当改变接线，如：当使用单相功率表测量电路消耗的功率时，就有这种情况；有的测量方法，由于原理上的缺陷，会产生一些方法误差，应尽量避免。

通常在某些定值系统对测量结果影响带有方向性的测量中，采用异号消除法，对被测目标采用正反两个方向进行测量，如果读出的系统误差大小相等，符号相反时，取两次测量值的平均值作为测量结果，就可消除系统误差。采用代替消除法来消除测量装置带入的固定系统误差，在测量装置上对未知量测量后，立即用一个标准量代替未知量，再次进行测量，从而求出未知量与标准量的差值，即有未知量=标准量±差值。消除随时间呈线性变化的线性系统误差，常用对称测量法，只需将测量顺序对某一时刻对称地进行测量，再通过计算，即可达到消除线性系统误差的目的，但须注意，相邻两次测量之间的时间间隔应相等，否则会失去对称。

测试人员的学识水平、工作经验和工作态度对测量结果的准确度起着决定性的作用，应注意避免测量人员带入主观误差，如视差、视力疲劳、注意力不集中等引起的误差，因此，测试人员应具备较高的水平和经验，熟练地掌握误差理论和数据处理方面的知识。

[1]费业泰主编.误差理论与数据处理.机械工业出版社.

[2]肖明耀著.误差理论与应用.中国计量出版社.

彭庆辉,安徽安庆供电公司计量室,1994年参加工作,一直从事计量工作,工程师,高级技师职称。