浅析电工仪表的测量误差及其消除方法
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作者: 李波 李宇飞
[摘 要]电工仪表可以测量电气设备中的电信号参数，为设备操作和电气系统设计提供重要的数据来源。而在电工仪表的测量操作中，测量的准确性是操作人员十分关注的重要指标。系统误差是由于测量仪表本身的机械和电特性等，对测量结果造成的影响，是不可避免且难以消除的;而偶然误差则是由于人为读数、环境温湿度条件等造成的随机误差。在大量的数据测量时，可以通过改善设备条件或引入修正参数来减小系统误差，利用统计学方法来消除偶然误差。
[关键词]电工仪表;测量误差;消除方法
中图分类号：TU741.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0390-01
科学技术是第一生产力，是社会经济发展的根本动力来源。而在电气科学中，对于实验数据测量的准确性，无论是对于学科理论研究还是实际的工程应用，都有着十分重要的意义。只有保证测量数据的准确可靠，才可以有针对性地对设备进行操作、维修和改进。而想要保证测量的准确性，测量误差的判断和消除是一项重要的工作。
1 电工仪表测量误差的基本概念
1.1 电工仪表测量误差的定义和分类
误差是测量工作中所常见的现象，无论是什么测量工作，只要需要用到测量仪器进行人为读数操作，便会由于仪器本身的准确性、环境条件、操作规范性等因素所造成测量误差。在电工操作中，不可避免也会产生测量误差，电工仪表的测量误差是指通过电工仪表测得数据与实际电信号数据之间的差值。按照标准定义，测量误差可以分为系统误差和偶然误差两大类，前者主要来源于测量的仪器设备，而后者则是取决于大量的随机因素，在电工测量中，可以分为人为操作带来的偶然误差，以及环境影响所造成的偶然误差等。
1.2 电工仪表测量误差的基本特点
在电工测量操作中，不同原因所造成的误差，其数据特点有所不同。如系统误差，由于是系统本身特性所造成，因此不是通过简单的重复性测量就可以消除的，对其的处理工作较为复杂;而偶然误差虽然产生的原因多种多样，但在进行数据整体处理时，这类误差数据往往会服从一些特定的分布规律，可以通过对应的统计学和概率学方法来消除误差，或将误差限定在允许范围内。一般来说，偶然误差主要呈现出三个特性：一方面，偶然误差一般出现在一定的范围内，其数据值不会过于极端;且包含偶然误差的数据，相对于准确数值的大小差异往往是均匀分布的;同时，随着重复测量次数的增加，测量的综合偶然误差会越来越趋近于零。
2 电工仪表测量误差的产生原因
2.1 系统误差的产生原因
系统误差，顾名思义就是由于测量系统或测量方法的本身特性所产生的误差。由于电工仪表具有一定的机械特性和电特性会影响其精确性，在进行测量使用时，难免会导致测量数据的不准确，它们可以是来源于测量设备本身测量原理的不完善性，或者是由于测量设备的制造误差所产生的;另外，系统误差还可能产生于测量方法的不合理，在对某些特殊数据进行测量时（如极其微小的电信号），需要使用专门的测量方法和设备进行测量和数据采样。
2.2 人为偶然误差的产生原因
人为误差是电工仪表使用过程中的重要误差来源。与系统误差不同，人为误差通常是可以消除的，它的产生是由于测量操作人员的专业素养不足，缺乏足够的专业知识与工作经验，或在测量工作时出现一些不规范、不良的操作习惯，如对测量仪表的不恰当使用，如在针对刻度线读数时出现视线倾斜，或没有等待仪表示数稳定便进行读数，常常就会导致人为误差的产生。除了在读数环节的操作失误以外，在进行测量数据的记录或初步处理时，由于计算失误或单位换算错误等，也会导致人为偶然误差的产生。相对于系统误差而言，人为偶然误差的危害性更大，因为其使得测量数据呈现出很大的不确定性，可能与实际数据偏离很大，造成数据测量事故等。
2.3 环境偶然误差的产生原因
环境偶然误差又称为随机误差，它是指电工测量工作即使是在相同的测量仪器与规范的测量操作的情况下，在对同一数据进行多次重复测量时，出现的不确定误差。电工测量的环境偶然误差产生原因丰富多样，一般有测量的环境温度、湿度、环境磁场等，它们会对电路元件的电特性造成影响，使得数据不准;或者由于电路系统的结构原因，如供电电压和频率的不稳定等，也会造成环境偶然误差的产生。每一个单独的环境偶然误差是没有明显的特征和规律的，但经过统计学研究表明，在进行足够多次的重复测量以后，随机误差会呈现出一点的统计规律，如测量误差的正态分布。
3 电工仪表测量误差的减小和消除方法
3.1 系统误差的减小方法
由系统误差的产生原因可知，由于仪表本身机械特性和电特性的客观存在，使得系统误差难以从根本上完全消除，只能通过特定的方法减小。首先是要选择合理的测量仪器，测量人员要根据测量数据的数值大小和稳定性等特征，选择精度合适且使用性能达标的电工仪表进行测量;另外，在选择测量方法时，一方面可以通过选择合适的替代方法来消除系统误差，如在进行电阻测量时采用电桥测量法，可以很好地消除电工仪表本身的不完善性所带来的误差;也可以考虑进系统本身特性所带来的误差，通过引入校正值等方法对系统误差进行适当的减小，在这种方法要在已知测量仪表的误差特性的前提下才可以进行。同时，运用更加先进的技术设备进行测量，如用数字化设备取代传统的电磁感应测量设备，可以使得测量数据更加精确。
3.2 人为偶然误差的消除方法
要消除人为误差，总体来说要提高测量人员的专业知识水平。在进行新技术设备的引进，或开始新指标的检测时，需要对测量人员进行专门的技术培训。在日常的测量工作中，测量人员应当养成良好的测量习惯并积累经验，可以对测量误差的来源做出初步判断。同时，定期的技术考核和竞赛也十分必要。只有既具备专业的技能资格，又拥有良好的测量技术和工作经验的测量人员，才可以在测量工作中更加熟练，显著减小人为偶然误差的发生几率。
3.3 环境偶然误差的消除方法
对于环境偶然误差，通常都采用多次重复测量的方式并进行统计学处理的方法进行消除。例如利用误差的特性，采用算数平均标准差进行误差消除，但由于偶然误差具有的有界性等特点，在工程应用当中更多都是采用多次测量取算数平均值的方法进行消除，随着测量次数的增多，误差更加趋近于零。另外，由于环境温度、电压稳定性等对于电气元件的实际电特性通常会造成很大的影响，因此在进行测量工作时，务必保证在稳定且符合规范的环境条件下进行测量操作，且在多次测量数据进行综合计算时，也要考虑到环境条件带来的差异，引入相应的矫正系数。在实际应用中，要综合考虑测量技术和时间成本以后选择合适的误差消除方法。
结语：电工仪表测量误差的消除和测量准确性的提高，无论是对于电气科学的研究，还是实际的工程应用都有着极其重要的意义。只有综合考虑各类误差的具体来源，才能在实际测量和数据处理中选择合适的方法予以消除，保证数据的可靠性。本文仅针对测量误差的来源，对测量系统误差和偶然误差的消除方法进行简要阐述，对于相关测量工作和研究的进行具有一定的参考意义。
参考文献：
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[4] 谭本军.电工电测仪表测量误差及对策分析[J].科研，2016（8）：00182-00182.
作者简介
李波（1971.7―） 国网黑龙江省黑河供电公司 大学本科。
李宇飞（1969.7―） 国网黑龙江省黑河供电公司 大学本科。
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