刍议电气测量中系统误差成因和预防对策秦建华

刍议电气测量中系统误差成因和预防对策秦建华

秦建华

（国华（栖霞）风力发电有限公司山东栖霞265300）

摘要：科学技术的进步，使得测量在各行各业中占据重要地位，测量结果成为人们恒定某一行业生产标准和效果的重要数据。但是在测量过程中，测量的值和真实值之间易出现差值，造成这种差值的原因是多种多样的。在电气测量中，系统误差一般分为恒定误差和变值系统误差，正常情况下的固定系统误差不会影响测量精准度，而且系统误差是可以通过多种测量方法予以修补和避免的。

关键词：电气测量；误差成因；预防对策

一、造成系统误差的主要原因

1.1设备因素

测量设备虽然是按照生产标准，再经过严格测试后才出厂并投入使用的，但是仪器设备上的缺陷是很难避免的，即设备本身就存在误差。设备本身自带的误差会使测量过程中测得的数据存在系统误差。

因此，在测量时应当根据需求选择合适的测量设备以及设备上符合标准的测量档位。并不是选择的功率表精准度越高，测量结果就越准。

设被测的直流功率为1050W，电路电流I为4.8A。

选用A类功率表来进行测量，最大误差应当为：r=220×15×0.002=6.6W，那么测量误差r≈0.6%。

选用B类功率表，最大误差为r=220×5×0.005=5.5W，测量误差r≈0.5%。

所以，选择B类功率表的误差率较低。

另外，辅助设备也会对测量结果产生影响。如电桥的供电不足会导致测量精准度不够，应当按照说明书选择符合电桥的电源。如果没有说明书，那么工作电源的选定标准应当低于被测电阻或者标准电阻额定电流的一半。

选择合适的电池也很重要。一般来说工作电流超过1mA就要用蓄电池，不超过1mA应当用甲电池。部分标准电池在使用一段时间之后虽然会产生电势，但是过大的内阻会影响线路灵敏度。而蓄电池刚充电要进行人工放电，直到达到稳定值才能投入使用。

部分测量仪器配有专用导线，专用导线对电阻的要求也有大有小，使用时应当严格按照标准选用。

1.2人为因素

在测量过程中，测量人员的专业水平也会对测量结果产生影响，甚至造成系统误差。如果测量工作人员缺少必要的工作经验，那么在某个环节就有可能出现错误。例如，连接测量仪表，工作人员在操作时出现了接触不好、连线错误、连线顺序不对等现象。

1.3环境因素

不同的测量仪器对其工作的物理条件要求不同，一般影响测量仪器工作的条件包括：湿度、温度、磁场、压力、光照、微尘、供电质量和电场等。

首先，温度会带来测量误差，由于标准电阻的材料是锰铜，随着温度变化，阻值也会发生变化。另外，仪器对工作环境的湿度也有不同要求。多雨季节，工作场所湿度较高，湿气入侵会导致电子元件受潮，出现霉变、腐蚀现象，从而导致仪器接触不良甚至损坏。而且水具有导电性，在潮湿的环境下，仪器的绝缘性能会变差，有可能给工作人员带来安全隐患。湿度过低会加大静电感应。部分仪器含有电子回路，如数字电压表，电场和磁场会对测量产生明显的影响。工作人员对仪器的操作也会使仪器测量产生误差。如仪器放置不平，表记在零点位置出现偏移。另外，工作环境出现震动也会影响仪器的性能和测量，甚至造成部分元件损坏。

1.4方法因素

测量时所使用的方法或者所依据理论而产生的误差叫做方法误差。主要是因为观察员的技术水平有限，采用的理论方法不够完善，或者受到客观环境影响，测量方法不够科学。另外，测量原理都有一定的近似性，接触性的测量会破坏被测对象的原始状态，从而产生误差。

1.4.1电流表内接法

电阻与电流表串联后和电压表并联，这时所测的电流是正确的，但因为电流表是有内阻的，所以电流表会分得电压，则电压表所测电压为电流表和电阻的电压和，所以测量值R1=U1/I1大于真实值R。

1.4.2电流表外接法

测量的待测电阻与电压表并联后和电流表串联，这时所测得的电压是正确的，但因为电压表是有内阻的，所以电压表也会有电流通过，则电流表所测电流为通过电压表和电阻的电流之和，所以测量值R2=U2/I2小于真实值R。

一般内接法用于测量大电阻，即电阻值远远大于电流表阻值，此时可以忽略电流表所分电压，电阻测量误差较小；外接法用于测量小电阻，即电阻值远远小于电压表阻值，此时可以忽略电压表所分电流，电阻测量误差较小。

二、系统误差类别

2.1绝对误差

绝对误差主要指测量值和真实值之间的误差。真实值指被测量的实际值，一般情况下，真实值是很难被确定的，在具体的实践工作中，一般采用高级精准度的标准值代替真实值。

2.2相对误差

相对误差指测量所造成的绝对误差与被测量（约定）真值之比乘以100%所得的数值，以百分数表示。一般来说，相对误差更能反映测量的可信程度。设测量结果y减去被测量约定真值t所得的误差或绝对误差为Δ。将绝对误差Δ除以约定真值t即可求得相对误差。相对误差=绝对误差&pide;真值≈绝对误差&pide;测定值。

2.3引用误差

引用误差是一种相对误差，主要是用绝对误差来评定测量精准度，简单来说是对于同一被测量，绝对误差和测量范围最高上限值的比值。

三、预防和减少系统误差的方法

3.1提高观察员职业素质，预防人为误差

观察员通过测量获得被测对象的相关数据，因此观察员的职业素养直接关系到系统误差。在规定的条件下，观察员应当采用正确的测量方法，合理操作仪器，连接测量仪器时应当规范，减少疏忽。

3.2采用多种测量方法，削弱系统误差

3.2.1正负误差补偿法

一定系统误差会对测量装置产生影响，那么在满足条件的基础上，尝试换一下试验环境进行再一次测量，将两次测量的结果读数一次为正，一次为负，然后取两个读数的平均值。

例如，在使用某一仪器进行测量时，由于恒定的直流外磁场对测量结果产生影响，可在第一次读数之后，将仪表翻转180°进行第二次读数，取两次测量的平均值为测量结果。

3.2.2换位抵消法

在测量过程中将被测对象的位置相互交换，将系统中产生的误差相互抵消。例如，用电桥法测量电阻。电桥平衡时，RX=R0（R1R2），R1和R2不变，把R0和R1位置互相交换，电桥平衡时，R0为R0t，于是RX=R0t（R2/R1）。

3.2.3替代测量法

在测量条件稳定的情况下，用另一个精准度较高的已知量作为被测对象再次测量，而保持测量仪器的指示值不变，那么此时，被测量值就是已知的。

3.2.4对称测量法

在测量时尽量获得对称数据，然后适当处理测量数据的对称关系，从而消除系统误差。

3.2.5组合测量法

在复杂的测量工作中，往往会出现一定规律性的误差，这种系统误差对其修补会耗费大量的人力物力，这种情况下可以采用组合测量法，形成一定的数字方程，按照科学计算对方程求解，然后确定测量值。

结语

总之，系统误差是电气测量中最主要的误差，引起系统误差的原因有多种，包括设备因素、测量方法、人员因素和外部环境等，系统误差是有迹可循的，可以根据其规律进行修补和预防。所以在测量过程中应设法预测可能出现的系统误差，在外部物理环境和人才操作中应当提高要求，采用合理的测量理论和测量方法，通过替代测量法、对称测量法和换位抵消法等多种方法削弱系统可能出现的误差。

参考文献

[1]董群山.浅谈电气测量中系统误差的产生原因分析及其消除方法[J].硅谷,2011(14):194-194.

[2]蔡美峰.电测系统误差原因分析及消除[J].科技创新与应用,2013(3):109-109.

作者简介

秦建华(1987.10.26），性别：男;籍贯：菏泽鄄城;民族：汉；学历：本科，学士;职称：助理工程师;职务：风电设备运维人员；研究方向：风电运维。