仪表的常见测量精度误差和原因分析

王秋圆

摘 要：在智能电网发展过程中，仪表是系统检测和监测的核心，其测量精度与系统运行各个环节密切相关。文章介绍了仪表常见误差的表示方法，对仪表的常见测量误差进行了分类，并就误差起因进行深入的分析和研究，以期提升测量仪表的使用水平，推动电网发展。

关键词：仪表；测量精度；误差；原因分析

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0060-02

2009年，我国提出建设健全智能电网的发展战略，智能电网具有安全、智能、高效的特点，智能量测技术在电网中获得了广泛的应用。电力系统内存在包括电能表、电流表、电压表等大量的测量表计，其测量精度对系统安全稳定有重要影响，在此背景下，熟悉电力系统内常见测量仪表的误差，并结合误差成因进行深入的分析和研究，具有重要意义。

1 仪表常见误差的表示方法

仪表的误差指的是指示值与测量实际值之间的误差，仪表的误差越小，其测量精度就越高。例如，准确度为0.5级的仪表，其最大允许误差为±0.5%，测量的精度能够精确到实际值的±0.5%以内。电工仪表的常见准确度等级与基本的测量误差之间的关系见表1。

在实际工作中，仪表的误差表示有以下三种方法。

1.1 绝对误差

绝对误差指的是仪表的指示值与真实值之间的差值，绝对误差有正负之分，量纲与被测量相同。其计算公式为：

？驻绝对=A示-A真（1）

其中：

A示为仪表的指示值；

A真为测量的真实值。

例如，某电流表的指示值为4.95 A，而实际值为4.98 A，则其绝对误差为-0.03 A。

1.2 相对误差

相对误差是驻绝对误差与被测量值A真之间的比值，相对误差通常使用百分数来表示，不具有量纲。其计算公式为：

与绝对误差相比，相对误差不仅能够表征测量结果的准确程度，也可以用于不同测量方法的比较。

例如，在测量真实值为60 A的电流时，得到的？驻1绝对为“+0.3 A”；在测量真实值为20 A的电流时，得到的？驻2绝对为“+0.2 A”，此时，仅从绝对误差大小的比较来讲，？驻1绝对>？驻2绝对，但是显然不能因此认为第二种测试结果比一种精确，根据相对误差的计算：

？驻1相对=？驻1绝对/60=0.3/60=0.5%，

而？驻2相对=？驻2绝对/40=0.2/20=1%，

由于？驻1相对<？驻2相对，则第一种测试结果更加精确。故此，电力工程中常用相对误差来进行测量结果的比较。

1.3 引用误差

引用误差是为了说明仪表自身准确性能而引入的，根据上文分析，相对误差虽然可以对比出不同测量结果之间的准确程度，但对同一个仪表来说，来测量不同的待测值时，仪表的指示值A示不停的发生变化，对于同一个仪表来说，根据

来计算时，不同的待测值就对应了不同的相对误差，因此，相对误差就难以表征仪表的准确性能。由此引入引用误差的概念。

引用误差是指绝对误差与自身测量满刻度值之间的比值，计算公式为：

其中，A上限是指仪表测量上限。引用误差其实是测量上限所对应的相对误差。由于仪表的测量满刻度值是一个常数，绝对误差也大致不变，因此，引用误差能够较好的反映出仪表的特性。

2 仪表的常见测量误差分类

电力系统内存在大量的保护和测量仪表，如功率表、欧姆表、电能表、电压表、电流表等，通过这些测量表计测量和计算系统内的模拟量，这些数据对电力系统运行具有重要作用，与继电保护装置动作、系统工况计算、用户电费收缴工作密切相关，影响到电力系统的生产、营销、调度、规划等各个环节。

在实际运行中，受到各种干扰因素的影响，表计不可避免的存在一定的误差，根据误差产生的原因，可以将仪表的常见测量误差分为以下几种。

2.1 随机误差

随机误差是由于各类偶然性的不可控因素引起的误差，其方向和大小均具有随机性。在测试时，随机误差表现为：虽然测试的条件和方法完全相同，但个别数据的测量结果却略有差异，多次重复测量的过程中，虽然有偶然性差异，但整体数据呈现对称性，并服从高斯分布的统计学规律，随机误差的绝对值总在某一个限定值之内。随机误差产生的原因是多方面的，包括外界温度和湿度变化、电磁干扰、电源电压变化等外界不确定因素。随机误差难以根本消除，单可以尽量避免，实际测量中可以适当增加测量次数，或对测量结果求平均值，来提升测量结果的准确性。

2.2 系统误差

系统误差是由测量时设备自身的不严密或系统存在不足等因素导致的，由于导致系统误差的原因具有确定性，因此系统误差的出现具有规律性，当测试条件和方法保持不变时，重复测量出的数据总是会向某一个特定结果偏离。导致测量误差的原因是多方面的，包括测量仪表自身误差、测试方法不完善、外界环境影响等，由于测量时的系统误差是由特定原因引起的，因此，只要找到引起测量误差的准确原因，结合正确的测量方法，如正负误差补偿法、替代法、校正值法等，就可校正甚至消除系统误差。

2.3 疏失误差

疏失误差是由于人为原因导致的误差，测量的结果可能严重偏离实际结果。疏失误差产生的原因主要是测试人员的疏忽造成的，可能是测试时错误接线或数据记录和计算错误，与其工作经验、专业素养、责任心有密切联系，疏忽误差出现的原因完全是人为引起的，因此，在实际工作中应该不断的对工作人员加强技术培训，提升职业素养，不断优化测量方案，以降低疏失误差出现的概率。

3 仪表常见测量精度误差的原因分析

3.1 仪表自身因素

3.1.1 量程选择不当

在实际测量中，为了确保测量数据的准确性，需要选择合适的量程，一般测试时尽量使仪表指针处于满刻度的后1/3段。目前，由仪表自身因素引起的精度误差原因中，很大一部分是量程的影响，例如：某被测直流功率大概为1 740 W左右，A功率表参数为220 V/30 A/0.2级，B功率表参数为220 V/10 A/0.5级，A表的精度级别为0.2级，优于B功率表的0.5级，因此很多测量人员会选择A功率表，但实际上通过计算可得，对于目标值1 740 W来说，A功率表的相对测量误差为0.75%，而B功率表仅为0.5%，从降低误差的角度出发，正确的选择是B功率表。

3.1.2 仪表接触不良

随着仪表工作年限的增加，其自身的配换挡开关、电键按钮等部件由于频繁使用而不断磨损和老化，当达到一定的使用年限以后，可能会由于老化严重而达到使用寿命，导致仪表主回路接触不良，仪表工作状态不稳定，测量值误差增大。

3.2 周围环境因素

仪表属于精密元器件，内部有各种半导体元件、功率放大元件、电路板等对环境因素敏感的元器件，一旦周围环境因素变化过大，也有可能对仪表测量精度造成影响。

3.2.1 温度因素

随着天气变化，仪表所处的外界温度环境也不断变化，对于一些热敏元件造成影响。例如，一些热敏电阻的阻值随着温度的变化而增减，遵循一定的温度系数而呈规律性变化，如果温度系数事先未知，仪表又未在标准条件（20 ℃）下使用，则就不能准确确认电阻值，测试结果就出现了误差。

3.2.2 湿度因素

湿度也是影响仪表工作性能的重要条件，对仪表的影响主要体现在对电子元器件性能的影响，当环境湿度持续过高时，仪表内部金属部分可能出现锈蚀和霉变，降低仪表绝缘性能，轻则引起仪表的接触不良，重则引发安全事故。档环境湿度持续过低时，可能因为静电感应而在仪表上积累大量静电，当人与仪表接触时，引发静电放电而损坏仪表内部元器件，引起测量误差。

3.2.3 电磁干扰

仪表的工作和存储环境周围充满大量电力元件，这些元件都是电磁辐射源，相互之间也不可避免的存在干扰，电磁干扰是影响测量仪表精度的最复杂因素，也是最难发现和避免的影响因素。

3.3 人为因素

人为因素引起的测量误差主要为疏忽误差，作为精密器件，大部分仪表的使用都需要专业人员来操作，因此人为因素也是造成仪表综合误差的重要来源。例如，对双臂电桥的测量中，如果四个端子的接线顺序出现错误，不仅会增大测量误差，还可能损坏测量仪表内的电子元器件。另外，仪表量程选择不科学、仪表接线接触不良等，也可能引起测量误差。

4 结 语

顺应智能电网背景下自动化、智能化、自愈化的发展趋势，在日常测量和使用过程中，我们应该通过合理选用仪表、科学选择精度等级和量程、规范仪表使用方法、采用金属屏蔽等一系列措施，来消除测量精度误差，以提升仪表的测量和使用水平，为电网安全稳定运行做出贡献。

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