實驗室檢定絕緣電阻表時測量誤差的發(fā)現(xiàn)及控制

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摘要：實驗室檢定絕緣電阻表時，計量標準器、環(huán)境條件及檢定人員的習(xí)慣不同等諸多因素都會導(dǎo)致測量結(jié)果偏離其真實值，發(fā)現(xiàn)和減小這些可能產(chǎn)生測量誤差的因素，進行有效控制和減小，才能確保標準量值的準確傳遞。

關(guān)鍵詞：絕緣電阻；誤差；真實值

前言

絕緣電阻表是測量絕緣電阻的專用儀表，屬于強制檢定的計量器具，絕緣電阻表的誤差在使用中會直接影響測量的準確性。為了保證絕緣電阻測量的準確可靠，依據(jù)《計量法》的規(guī)定，應(yīng)在規(guī)定周期內(nèi)，對絕緣電阻表進行檢定。在實驗室檢定絕緣電阻表過程中，由于各種因素的影響，會產(chǎn)生測量誤差，使其檢定測量結(jié)果偏離標準量值的真實值。要使檢定結(jié)果準確可靠，必須盡可能減小和控制測量誤差。

1.測量誤差的來源

測量誤差是不可避免的，要有效地減小和控制測量誤差，必須尋找測量誤差的來源。測量誤差的來源很多，根據(jù)誤差的性質(zhì)分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。

由于誤差的性質(zhì)不同，其誤差特性也各不相同。系統(tǒng)誤差是在測量過程中產(chǎn)生的誤差，其值是固定不變的，或者是遵循一定的規(guī)律變化的。隨機誤差是當(dāng)在同一條件下對同一對象重復(fù)進行測量時，在極力消除一切明顯的系統(tǒng)誤差之后，每次測量結(jié)果仍然會出現(xiàn)一些無規(guī)律的隨機性變化，如果測量儀器的靈敏度或分辨能力足夠高，那么就可以觀察到這種變化。而粗大誤差則是由于測量過程中操作、讀數(shù)、記錄和計算等方面的錯誤而引起的誤差。由于系統(tǒng)誤差和隨機誤差決定了測量的準確度，系統(tǒng)誤差和隨機誤差越小，測量結(jié)果越準確。下面主要從這兩個方面進行闡述。

2.系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)及控制

2.1計量標準器對系統(tǒng)誤差的影響

在規(guī)程規(guī)定的實驗室標準條件下，對某某電表廠的ZC-7型同一塊絕緣電阻表進行檢定，絕緣電阻表參數(shù)為500V、500MΩ，Ⅱ區(qū)段范圍為1MΩ～50 MΩ，等級指數(shù)為10級，檢定時絕緣電阻表發(fā)電機轉(zhuǎn)速恒定在每分鐘120轉(zhuǎn)，使用不同計量標準器所測的測量結(jié)果如下：

使用某高阻箱作為檢定標準器，高阻箱×1 MΩ電阻盤準確度等級為0.5級，×10 MΩ電阻盤準確度等級為1.0級，檢定該絕緣電阻表Ⅱ區(qū)段內(nèi)各刻度電阻值及基本誤差如表一：

表一

被試表刻度值（MΩ）125102050

標準器讀數(shù)值（MΩ）1.052.105.1510.2020.3650.45

基本誤差（%）5.05.03.02.01.80.9

使用DZX92F絕緣電阻表檢定裝置作為檢定標準器，高阻箱×1 MΩ電阻盤準確度等級為0.2級，×10 MΩ電阻盤準確度等級為0.5級，檢定結(jié)果如表二：

表二

被試表刻度值（MΩ）125102050

標準器讀數(shù)值（MΩ）1.032.075.1010.1020.1650.18

基本誤差（%）3.03.52.01.00.80.4

上述兩組數(shù)據(jù)顯示，在規(guī)定的測量條件下，應(yīng)用相同的檢定方法，不同的計量標準器檢定同一絕緣電阻表的基本誤差值不同，說明不同的計量標準器所復(fù)現(xiàn)的系統(tǒng)誤差的估計值不同。測量標準器的選擇，直接影響測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的大小。

2.2測量條件改變時的系統(tǒng)誤差

在不同的測量條件下，應(yīng)用相同的檢定方法，使用同一計量標準器所復(fù)現(xiàn)的系統(tǒng)誤差的估計值不同。使用DZX92F絕緣電阻表檢定裝置作為檢定標準器，被試品為同一編號的ZC-7型絕緣電阻表。

規(guī)程規(guī)定實驗室檢定環(huán)境條件，溫度23°，相對濕度65%，電網(wǎng)供電電壓允許偏差1.3%，檢定結(jié)果見上表二。

實驗室檢定環(huán)境條件改變，溫度10°，相對濕度20%，電網(wǎng)供電電壓允許偏差5%，檢定結(jié)果見下表三：

表三

被試表刻度值（MΩ）125102050

標準器讀數(shù)值（MΩ）1.042.095.1110.3020.5050.75

基本誤差（%）4.04.52.23.02.21.5

對比表二和表三的數(shù)據(jù)可見，在測量條件改變時，如隨時間、溫度、濕度等條件發(fā)生變化時，測量結(jié)果按某一確定的規(guī)律變化，可能是線性、也可能是非線性地增加或減少，說明測量結(jié)果存在可變的系統(tǒng)誤差。

2.3系統(tǒng)誤差的減小方法

2.3.1為減小測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差，應(yīng)選擇準確度等級和量限合適的計量標準器。

2.3.2對系統(tǒng)誤差的已知部分，對檢定結(jié)果進行修正的方法來減小系統(tǒng)誤差。如表一中10MΩ刻度點檢定標準值為10.20 MΩ，而用高一等級的檢定裝置檢定的標準值為10.10MΩ，則可知系統(tǒng)誤差的估計值為0.10 MΩ，也就是修正值為-0.10 MΩ。

2.3.3消除檢定中一切產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素。被試絕緣電阻表的安放位置是否在水平、垂直或平行的理想狀態(tài)、手搖發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，檢定過程中試驗接線產(chǎn)生的接觸電阻，都會帶來測量的系統(tǒng)誤差，在實驗室檢定時進行避免。

3.隨機誤差的發(fā)現(xiàn)及減小

隨機誤差是指在在實驗室檢定絕緣電阻表過程中重復(fù)測量中按不可預(yù)見方式變化的測量誤差的分量，它是獲得測量結(jié)果時各種隨機影響因素的綜合反映，包括計量標準器、配套恒速器、環(huán)境條件等因素及實際測量的隨機變化。

隨機誤差的大小程度反映了測得值的分散性，即測量的重復(fù)性，用試驗標準偏差表示。在相同條件下，對如同一被測量X做n次重復(fù)測量，每次測得值為Xi，測量次數(shù)為n，是用賽貝爾公式法、極差法及較差法來計算的實驗標準偏差。以賽貝爾公式法來計算實驗標準偏差實例如下：

使用DZX92F絕緣電阻表檢定裝置作為檢定標準器，在規(guī)程規(guī)定檢定條件下，在同一時間對如同一被測量10MΩ做10次重復(fù)測量，得出一組數(shù)據(jù)10.08 MΩ，10.07 MΩ，10.10MΩ，10.10 MΩ，10.09 MΩ，10.08 MΩ，10.09 MΩ，10.11 MΩ，10.13 MΩ，10.09MΩ。

首先，計算算術(shù)平均值：

=（10.08+10.07 +10.10+10.10+10.09+10.08+10.09+10.11 +10.13+10.09）/10=10.094 MΩ

根據(jù)殘差公式：Vi=Xi-X 計算一組數(shù)據(jù)殘差為：-0.014 MΩ，-0.024 MΩ，0.006 MΩ，0.006 MΩ，-0.004 MΩ，-0.014 MΩ，-0.004 MΩ，0.016 MΩ，0.036 MΩ，，-0.004 MΩ。

計算殘差平方和：

最后，計算試驗標準為：

由計算可知，取多次測量值的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果的值，可以減小檢定時的隨機誤差。但是隨測量次數(shù)的進一步增加，算術(shù)平均值的實驗標準偏差減小的程度減弱，同時會增加人力、時間和儀器的損耗，應(yīng)用中一般選取n在3～20之間。

另外，在對一個被測量進行重復(fù)性檢定所獲得的若干檢定結(jié)果中，可能會出現(xiàn)了與其他值偏離較遠且不符合統(tǒng)計規(guī)律的個別值，如果測得值中混有這種異常值，必然會歪曲測量的結(jié)果，只有將這些異常值剔除掉，才可使結(jié)果更符合客觀實際。

結(jié)束語

絕緣電阻表的檢定對其使用者意義重大，其檢定質(zhì)量關(guān)系到其對被測物品絕緣性能的判斷。在實驗室檢定中發(fā)現(xiàn)和減小系統(tǒng)誤差和隨機誤差，有效控制粗大誤差，使檢定結(jié)果盡可能地反映被試絕緣電阻表的真實值。

作者簡介：

李波、女、1971年7月生、大學(xué)本科、工程師、現(xiàn)從事電測儀表檢定工作