常用电测仪表测量误差分析

摘 要：电测仪表是检测和监测系统的核心，其误差大小直接影响测量的准确性。文章对电测仪表的误差进行分类描述，对误差的表示方法作简要介绍，并在两者基础上就误差起因进行深入分析，最后，总结性提出减小误差的措施，以提高电测仪表测量的准确性。

关键词：电测仪表;测量误差;分类;起因

中图分类号：TM930 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）02-0065-02

电测量是指对电磁量（包括由其他形式的物理量通过转换而成的直流电量）的测量，它是当前检测领域中最主要的一种方式。完成电测量任务的是各种电测仪表，如电能表、电流表、电压表等。大量统计数据证明，在检测中产生误差有其普遍性和必然性。分析误差成因，有助于减小误差，提高测量精度。

1 电测仪表的误差分类

1.1 随机误差

随机误差具有偶然性，其方向和大小不固定。其具体表现为：在完全相同的条件下，运用相同的测试方法进行多次测量，所观察到的测量结果不同。引起随机误差的根本原因是微观世界的不确定和剧烈起伏。随机误差不能消除，但可以处理。如采用增加重复性测试次数，然后求取算术平均值。一般来说，重复测量的次数越多，其算术平均值越接近真值。

1.2 系统误差

系统误差具有固定的方向（负或正）和大小，一般由确定的原因引起。系统误差可以校正，甚至完全消除。

1.3 疏失误差

疏失误差是由于工作人员的疏忽，如错误接线、错误记录、错误读数等引起的，在实际测量过程中，应该坚决避免该类误差的产生。

2 电测仪表的误差表示

2.1 绝对误差

即仪表示值与真值之间的差值。公式为：

？驻绝对=A示-A真（1）

绝对误差特点：①分正负;②其量纲与被测量相同。

2.2 相对误差

即绝对误差与真值的比值，其没有量纲，常用百分比表示。

？驻相对=■×100%≈■×100%（2）

相对误差的优势：能用于不同测量方法的比较。举例：在测50 A电流时，？驻1绝对为“+0.2 A”;在测20 A电流时，？驻2绝对为“+0.1 A”，从绝对误差角度讲，？驻1绝对大于？驻2绝对，但显然不能就此认为测50 A的方法比测20 A的方法的要落后（因为按误差百分比，前者为0.4%，后者为0.5%，说明后者的误差的相对影响更大）。工程上常常采用的也是相对误差的形式。

2.3 引用误差

主要用来表征仪表自身的准确性能。

？驻引用=■×100%（3）

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。

3 电测仪表的误差起因分析

3.1 设备因素

3.1.1 量程选择不当

选用仪表的时候，固然要关注精度，但同时也要注重量程的考量。举例：被测直流功率大概为1 760 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。显然，A表比B表要精确，但用这两块表来测量目标功率时，A表的测量误差（相对误差形式）约为0.75%，B表的测量误差（相对误差形式）约为0.5%。因此，应选用精度低的B表，若错误选择了A表，则误差会增大。

3.1.2 零流影响

数字式仪表由运算放大器等半导体元件构成，所以存在不可避免的零流现象，且该零流大小和输入信号大小成负相关关系。

3.1.3 接触不良

某些电测仪表配换挡开关、电键按钮等部件，若这些部件磨损严重或与仪表主回路接触不良，将导致仪表工作不稳定、示值误差增大。可用工业酒精在相关地方擦拭来消除这种不稳定。

3.1.4 辅助设备的问题

①电桥类测试仪器中，若电桥供电出现问题（如供电不足），其测量精度将受到严重影响，因此电桥电源的配置须严格按说明书，若无说明书，电源的工作电流须限定在标准电阻额定电流的1/2以下。

②工作电流大于1 mA的要配蓄电池（新充电蓄电池要人工放电至电势稳定），小于1 mA用甲电池，标准电池只提供电势、不提供电流。这几项是仪表电池的配选原则，违反了它们，将使误差增大。另外，标准电池长时间使用后内阻变大，也会影响仪表的精度。

③一些电测仪表对连接导线的电阻有严格要求，不能使用专用导线外的导线代替。

3.2 环境因素

部分电测仪表对周围环境因素比较敏感，环境指标不能超出其限定范围。

3.2.1 温度因素

譬如，由锰铜制成的标准电阻，其阻值随温度升降而增减（变化规律由温度系数描述），但如果温度系数事先未知，当不在标准条件（20 ℃）下使用，电阻值就无法确知，从而使检测失去意义;又如，内置稳压源的电位差计，其稳压值受温度影响。

虽然在物理上存在一些公式和系数可对温度引发的测量偏差进行换算，但这永远是近似的，当温度偏离标准值过大时，这些公式和系数的有效性将大大降低。

3.2.2 湿度因素

湿度偏高的时候（如梅雨季节），仪表中的电子器件容易受潮，从而产生两类不利的现象：

①仪表内部锈蚀、霉变，表现在外部则是接触不良和性能下降，严重的还会使仪表绝缘等级降低，以致出现不安全因素。

②因静电感应的作用，仪表上积累过量静电荷，导致在操作时发生“仪表-人体”之间的放电，并损坏内部电子器件。

控制测量时的湿度相对简单，可在房间内配置除湿空调或干燥剂。

3.2.3 电磁干扰

可归纳为两大类：测量链路各仪表之间的相互干扰或测量仪表内部器件之间的相互干扰，定义为“内部干扰”;测量系统以外的电磁源对测量链路或测量仪表所造成的干扰，定义为“外部干扰”。

其中，“内部干扰”具体分为四种：

①工作电源在通过仪表的绝缘电阻或链路的分布电容时引发漏电而形成的干扰。

②有用信号-传输导线-地线-电源这几者相互耦合产生的干扰。

③仪表中高电压或大功率元件产生的交变电磁场对其他部件的影响。

④仪表使用过程中，内部一些元件因发热而影响引发的不稳定因素。

“外部干扰”具体也分为两种：

①仪表所处环境有变压器、开关柜等高压设备，这些设备在运行中将产生极强的电磁场，由此给电测仪表的测量链路或内部电路带来耦合干扰。

②空间普遍存在的电磁波对测量系统产生的干扰（这个只对如静电放电发生器之类的敏感设备起作用）。

可见，影响电测仪表误差的最复杂因素是各种电磁干扰。

3.2.4 其他因素

①指针式仪表放置不规范（如要求水平而不水平），则表计零点会偏移。

②若测量环境中存在震动，一方面会影响仪表性能，另一方面还可能损坏精密器件。

③仪表受单侧光照或单侧热源辐射，将会产生热偏差。

3.3 人为因素

部分电测仪表在测量中需要专业人员的操作，因此人的因素也成为综合误差的可能来源之一。

①错误接线（如双臂电桥测量中四个端子接线容易搞错）、接线不规范（如插孔处接触不良）等，这时不但误差增大，而且可能会损坏电子元件。

②量程或级别选择错误，造成误差扩大化。

③使用检验不合格或者未经检验的仪表。

4 改善电测仪表误差的措施

由上一节分析可知，电测仪表误差的可能来源是多种多样的。这些来源中有些是可以消除的，有些则只能尽量减弱。

4.1 正确使用仪表

①合理选择仪表类型，如指针式和数字式都可用的情况下，优先选择数字式。②正确确定仪表量程、精度等参数，避免“大马拉小车”的情形。③参照标准进行正确和规范接线，如端钮处接线应确保拧紧、插孔处接线应确保插牢，且测试前做好检查。④避免仪表靠近震源、单方面的光源或热源等，必要时可选择用不透光容器覆盖。⑤严格按操作规程使用仪表，尤其要注意仪表指针的调零。

4.2 尽量改善环境

①控制环境温度稳定在20 ℃，若有小幅偏差，必须按相关方法进行修正。②如有需要，可对测量系统（包括测量仪表和被测设备）进行（恒温）预热。③对信号线采用金属屏蔽，将某些测量机构（如电磁系仪表）置入导磁较好的屏蔽罩内或者采用双屏蔽。④工作电源与电测仪表之间配置隔离变，同时避免与电机类设备共用供电线路。

4.3 注重细节

①对连接导线也进行有效固定，以防止使用中的突发振动。

②做好接地工作，如使仪表、信号源外壳等可靠接地，始终保持在零电位。

③低电平测量时，二次仪表应“浮地”，以彻底切断共模干扰电压的泄漏途径。

5 结 语

鉴于电测仪表误差的多样性和误差成因的复杂性，我们应该尽可能减小误差。对于可消除误差（如系统误差和疏失误差），我们可通过合理选用仪表、合理选定精度等级和量程、规范使用方法、采用金属屏蔽等一系列有效措施来消除;对于不可消除误差（如随机误差），我们应该采用先进的数学工具（如多次测试取平均值、对测试结果进行不确定度评价等）来降低误差绝对值。

参考文献：

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[2] 朱旭辉.影响电测仪表测量准确度的原因及防范措施[J].大科技，2013，（3）.

[3] 沈红秋.提高在线电测仪表及现场检验仪表准确度的探讨[J].电力设备，2013，（9）.