關(guān)于電學(xué)計(jì)量檢定及測(cè)量誤差的解決措施分析

劉 瑜

（保定市計(jì)量測(cè)試所，河北保定 071000）

0 引言

無(wú)論采用何種方式，在實(shí)際測(cè)量過程中均會(huì)產(chǎn)生誤差，這些誤差可大可小，所以電學(xué)計(jì)量檢定和測(cè)量也不例外。在電學(xué)計(jì)量檢定和測(cè)量誤差中，誤差有一定的規(guī)律性，如果能了解與掌握具體誤差問題并有效解決，對(duì)確保電學(xué)計(jì)量檢定和測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)度有重要意義，否則會(huì)增加誤差值，使檢定與測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度下降，不利于后續(xù)工作的開展。

1 電學(xué)計(jì)量檢定與測(cè)量的重要性

在社會(huì)發(fā)展過程中，人們對(duì)電能需求在持續(xù)增長(zhǎng)，特別是進(jìn)入21 世紀(jì)后。在電學(xué)計(jì)量的運(yùn)用階段，電學(xué)測(cè)量是十分關(guān)鍵的一部分，當(dāng)前諸多非電量測(cè)量變成了電信號(hào)測(cè)量，使電學(xué)測(cè)量在相關(guān)領(lǐng)域中占據(jù)了一席之地。尤其是在新時(shí)代發(fā)展背景下，測(cè)量數(shù)字化運(yùn)用范圍廣，電學(xué)計(jì)量測(cè)量開始朝著智能化與自動(dòng)化趨勢(shì)發(fā)展，并且測(cè)量精度對(duì)技術(shù)與物質(zhì)交流影響很大，所以應(yīng)嚴(yán)格把控電學(xué)計(jì)量中的誤差。在電測(cè)量環(huán)節(jié)，系統(tǒng)誤差有規(guī)律可循，因而可以減小其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，但如果在測(cè)量過程中并未在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)有系統(tǒng)誤差，就會(huì)影響計(jì)量檢定與校準(zhǔn)精準(zhǔn)度。此外，計(jì)量?jī)x器測(cè)量精度也會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益，所以電學(xué)計(jì)量檢定與測(cè)量工作是一件很重要的事情。

2 電學(xué)計(jì)量檢定運(yùn)用分析

電學(xué)計(jì)量檢定工作一般有3 個(gè)步驟，分別是選取檢測(cè)設(shè)備、檢定分析與誤差分析。

2.1 挑選檢測(cè)設(shè)備

理論上，對(duì)于不同的電氣設(shè)備需要采用針對(duì)性的檢測(cè)設(shè)備加以檢測(cè)，這也是檢定工作需要嚴(yán)格遵守的基本原則。但是在現(xiàn)有技術(shù)下，出現(xiàn)了一部分有通用性的檢測(cè)設(shè)備，就是該種設(shè)備能夠檢測(cè)多種電氣設(shè)備，所以，如果條件允許可以使用這類設(shè)備開展工作。通用性設(shè)備一般由數(shù)字多用表與BZ3 標(biāo)準(zhǔn)電阻、接口總線與HL、電流互減器與標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)電源構(gòu)成，它們僅適用于直流電流表與交流電壓表等儀器。

2.2 實(shí)際檢測(cè)分析

在實(shí)際檢定過程中，由于不相同的檢測(cè)設(shè)備運(yùn)用方式有一定的差別，因而不可以等同視之，因此，本文主要以通用性設(shè)備為例，概述其檢定流程。

主要檢定流程：先把標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)用電源參數(shù)輸入數(shù)字萬(wàn)用表的標(biāo)準(zhǔn)表與被檢表，以此讀取被檢表，可以獲得真正的測(cè)量值；再將標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)作為參照，與被檢表數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，按照最終結(jié)果判斷檢測(cè)目標(biāo)狀態(tài)。

需要注意的是，由于該檢測(cè)設(shè)備在初始時(shí)期獲得的檢測(cè)結(jié)果不便被讀取，因此必須將其和計(jì)算機(jī)相連，經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件來(lái)闡釋，也就是采用接口總線導(dǎo)入數(shù)據(jù)，這樣就可以進(jìn)行比較了。

2.3 誤差分析

經(jīng)過以上流程可以獲得電氣設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，但是考慮到電學(xué)計(jì)量工作有多種影響測(cè)量誤差的因素，必須要對(duì)結(jié)果展開誤差分析。電學(xué)計(jì)量誤差通常被劃分成隨機(jī)與系統(tǒng)誤差兩種類型，它們之間的區(qū)別就是系統(tǒng)誤差表現(xiàn)具有恒定特點(diǎn)，部分誤差有系統(tǒng)性，相關(guān)工作人員需要按照制定規(guī)律判斷其中的誤差。而隨機(jī)誤差不具備規(guī)律性，所有參數(shù)表現(xiàn)均屬于隨機(jī)的，所以不能通過尋找規(guī)律的方式來(lái)判斷。對(duì)于隨機(jī)誤差，需要針對(duì)設(shè)備的狀態(tài)分析其故障特點(diǎn)，尋找故障產(chǎn)生的具體位置與原因，進(jìn)而確保電學(xué)計(jì)量的精準(zhǔn)度。

3 測(cè)量系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因分析

3.1 尚未準(zhǔn)確采用儀表誤差信息

誤差特性一般用相對(duì)誤差與絕對(duì)誤差進(jìn)行表征。電學(xué)計(jì)量測(cè)量?jī)x表經(jīng)常采取引用誤差表征其誤差特性，如指示式儀表上標(biāo)記的精準(zhǔn)度等級(jí)通常屬于最大引用誤差。例如，上述儀表的1.0 級(jí)代表的是最大引用誤差1%，諸多人認(rèn)為采取1.0 級(jí)表測(cè)量誤差是測(cè)得值的1%；用量限250 V 的電壓表測(cè)得180 V 電壓，誤差理應(yīng)小于1.8 V，實(shí)際誤差限大概可能超出1.8 V，這是由于該表允許誤差為2.5 V。

3.2 量具選取不到位

需要根據(jù)待測(cè)電量與測(cè)量目的等因素挑選測(cè)量?jī)x器，否則就會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。通常人們認(rèn)為精準(zhǔn)度較高的表測(cè)量出來(lái)的結(jié)果就更加準(zhǔn)確，但實(shí)際上測(cè)量精準(zhǔn)度也與儀表選擇等別的因素息息相關(guān)。例如，1.5 級(jí)、100 mA 與2.5 級(jí)、30 mA 電流表，測(cè)量8～9 mA 被測(cè)電流的過程中，使用何種儀表可從公式了解到，即最大引用誤差等于最大示值誤差/滿量程值，前面一種電流表允許誤差是1.5 mA，而后面一種電流表的誤差是0.75 mA，因此使用2.5 級(jí)的電流表測(cè)量比使用1.5 級(jí)的電流表要精準(zhǔn)一些。

3.3 量具誤差

電學(xué)測(cè)量必須要運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)量具，量具本身就有誤差，無(wú)法做到完全精準(zhǔn)無(wú)誤，比如普通電測(cè)儀表誤差大多數(shù)是1.0 級(jí)到2.5級(jí)，也就是其最大引用誤差是1.0%～2.5%。如果儀器不準(zhǔn)確或損壞則誤差會(huì)更大。值得注意的是，電測(cè)儀表準(zhǔn)確率喪失與損壞是一種十分普遍的現(xiàn)象。

3.4 外部環(huán)境偏離額定條件

儀表儀器的運(yùn)用是有條件與要求的，就是儀表儀器工作的額定條件。例如，動(dòng)圈式溫度儀表鑒定校準(zhǔn)過程中對(duì)環(huán)境的要求是：環(huán)境溫度保持在20 ℃±5 ℃，交流電源為220 V、50 Hz，濕度控制在40%～75%，允許偏差是1%，儀表水平放置允許偏差同樣是1%，除地磁場(chǎng)沒有影響儀表工作的外磁場(chǎng)等。在正式采用動(dòng)圈式儀表的過程中，如果偏離了這些條件，誤差即會(huì)增大。如果儀表校準(zhǔn)檢定過程中的誤差已經(jīng)接近要求的誤差限，那么外部環(huán)境偏離額定條件的時(shí)候，儀表實(shí)際誤差很可能已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)誤差值。

3.5 讀數(shù)導(dǎo)致的誤差

電學(xué)測(cè)量工作過程中存在一定的誤差，首先這是因?yàn)椴僮魅藛T習(xí)慣于按照不垂直在表面的固定角度查看儀表讀數(shù)，這樣便會(huì)產(chǎn)生偏正誤差，也就是系統(tǒng)誤差問題。其次，儀器顯示出來(lái)的有效位數(shù)缺乏同樣會(huì)致使誤差問題，如果需要四位數(shù)字，采用三位半的數(shù)字電壓表必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取不準(zhǔn)確，進(jìn)而造成誤差。最后，平衡指示器讀數(shù)機(jī)構(gòu)缺乏完整性也能帶來(lái)誤差，如刻度線與光點(diǎn)暗線模糊等，尤其是靈敏度滿足要求時(shí)，該項(xiàng)誤差和靈敏度不足導(dǎo)致的誤差是相同的。

4 測(cè)量誤差的解決方案與對(duì)策

4.1 準(zhǔn)確理解儀器誤差限信息

假設(shè)準(zhǔn)確理解與掌握了儀器儀表誤差指標(biāo)的含義，在運(yùn)用測(cè)量?jī)x表的過程中就可以準(zhǔn)確估計(jì)可能會(huì)出現(xiàn)的測(cè)量誤差，進(jìn)而發(fā)掘系統(tǒng)誤差并進(jìn)行修整、消除，如準(zhǔn)確運(yùn)用儀表儀器的修正值可以大大縮減誤差等。

4.2 合理挑選測(cè)量?jī)x表儀器

合理選取測(cè)量?jī)x表儀器需要測(cè)量工作人員對(duì)測(cè)量?jī)x表儀器的誤差指標(biāo)有準(zhǔn)確的理解，同時(shí)掌握準(zhǔn)確選取量具的方式、要點(diǎn)，還要求相關(guān)測(cè)量工作人員很好地把握測(cè)量工作的復(fù)雜狀況，這樣就需要提升測(cè)量工作人員的技能水平。

4.3 解決量具誤差

在電學(xué)計(jì)量測(cè)定誤差中有量具誤差問題，針對(duì)此類問題必須要相關(guān)工作人員提前采用高級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器檢定量具，并且實(shí)時(shí)測(cè)量出量具誤差更正值，在實(shí)際測(cè)量時(shí)將最終結(jié)果加以修正即可。對(duì)測(cè)量?jī)x表儀器嚴(yán)格根據(jù)計(jì)量檢定規(guī)程要求的周期加以檢定校準(zhǔn)是十分關(guān)鍵的。在實(shí)際測(cè)量過程中，要關(guān)注測(cè)量?jī)x表儀器的實(shí)際情況，如有必要需仔細(xì)檢查其精準(zhǔn)度，避免采用失準(zhǔn)量具。

4.4 解決外部環(huán)境偏離額定條件的誤差

這種情況下尤其要注意實(shí)際誤差已經(jīng)接近允許誤差限的儀表，應(yīng)盡量避免采用該種設(shè)備。通常情況下，這種誤差和溫度的關(guān)聯(lián)性很高，可以提前明確該項(xiàng)誤差，如通過實(shí)驗(yàn)明確儀表誤差和環(huán)境溫度之間的關(guān)系是很容易做到的。有時(shí)候也可以想辦法讓此類誤差彼此消除，如在電位差計(jì)中從補(bǔ)償電阻Re里面取出一些當(dāng)成調(diào)定電阻Rs。

4.5 解決讀數(shù)導(dǎo)致的誤差

在電學(xué)計(jì)量測(cè)定工作過程中，測(cè)量誤差相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確使用科學(xué)有效的方式讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，采用數(shù)字式儀表來(lái)消除由于觀察角度差異導(dǎo)致的數(shù)據(jù)讀取不正確，但是仍然應(yīng)注意該類儀表有效位數(shù)，合理避免由于有效位數(shù)顯示不充分而產(chǎn)生測(cè)量誤差。對(duì)不均勻刻度指針式儀表，需要挑選合適量程讓指針指在刻度疏松的位置，這樣可以降低誤差產(chǎn)生的概率。而針對(duì)平衡指示器讀數(shù)機(jī)構(gòu)完整性嚴(yán)重缺乏的問題，應(yīng)健全讀數(shù)結(jié)構(gòu)，以靈敏度的提升來(lái)減小該誤差產(chǎn)生的概率，如采用帶放大器的檢流計(jì)等。

5 結(jié)束語(yǔ)

與其他類型的測(cè)量相比，影響電學(xué)計(jì)量檢定與測(cè)量誤差的因素是非常復(fù)雜且多見的，無(wú)論是何種影響量或影響特性本身的變化，均有可能給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)無(wú)法忽視的影響，也是無(wú)法有效解決的事情，在多數(shù)研究中無(wú)法對(duì)此加以綜合論述。掌握測(cè)量系統(tǒng)誤差的多種因素，是測(cè)量人員發(fā)現(xiàn)與解決誤差的前提，因?yàn)檎`差很難發(fā)現(xiàn)，也無(wú)法從儀表上指出來(lái)，所以相關(guān)測(cè)量人員理解這些誤差有關(guān)知識(shí)與消除方法是非常重要的。