電學(xué)計(jì)量測(cè)試常見誤差因素探討

譚波

東華計(jì)量測(cè)試研究院 江西南昌 330029

隨著科技水平的提高，人們逐漸增強(qiáng)了對(duì)電學(xué)計(jì)量的研究，研究誤差產(chǎn)生的原因、誤差因素的分類。這需要工作者具備一定的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。本文從電學(xué)計(jì)量的角度分析探討常見誤差及產(chǎn)生原因，并加以控制。

1 電學(xué)計(jì)量的必要性

電學(xué)計(jì)量涵蓋交直流電壓、電流、電阻、功率、電容、電感等參數(shù)，涉及儀器儀表眾多。如今，數(shù)字化、智能化的發(fā)展，電學(xué)計(jì)量與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)和人民生活有著密切關(guān)系。在全球化發(fā)展中，電學(xué)計(jì)量關(guān)聯(lián)著國與國之間的交流與交往。因此，要保證電學(xué)計(jì)量測(cè)試準(zhǔn)確性，就必須發(fā)現(xiàn)誤差、消除誤差。這不僅關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量、行業(yè)收益，還間接影響國家進(jìn)出口商品質(zhì)量以及進(jìn)出口利潤[1]。

2 誤差產(chǎn)生原因分析

2.1 人為因素

在測(cè)試工作中，計(jì)量人員須熟練掌握測(cè)試方法，人員的素質(zhì)和技能起著非常重要的作用。如果沒有嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范的要求開展工作，會(huì)產(chǎn)生誤差。例如，使用儀器時(shí)，應(yīng)該對(duì)中未對(duì)中，應(yīng)調(diào)到水平、垂直或平行狀態(tài)未能調(diào)好。其次，在指針式儀表讀數(shù)中，視線應(yīng)垂直于儀表表面及刻度線，采用“三線重合”讀數(shù)。不同人員讀數(shù)、視力不同，存在角度差異、讀數(shù)差異，導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。第三，用力習(xí)慣不同，產(chǎn)生不同誤差。如插銷式儀器，不同的插入力或旋轉(zhuǎn)力，產(chǎn)生不同的接觸電阻，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不同。

2.2 方法因素

測(cè)試過程存在不同的方法。測(cè)試方法不同，誤差不同。首先，未采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法減小或消除誤差。例如，未采用修正的方法減小系統(tǒng)誤差，未采用替代法消除恒定誤差，未采用對(duì)稱測(cè)量法消除線性誤差。其次，在非標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試中，方法不同，產(chǎn)生的誤差也不相同。第三，在重復(fù)性測(cè)試中，多次測(cè)試產(chǎn)生隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差的大小與測(cè)試次數(shù)有關(guān)[2]。

2.3 測(cè)量儀器因素

第一，儀器的準(zhǔn)確度級(jí)別是根據(jù)檢定規(guī)程和設(shè)計(jì)性能而規(guī)定的。等級(jí)不同，測(cè)量誤差不同。對(duì)于指針式儀表，不是選用等級(jí)越高的儀器，測(cè)量誤差越小，還要考慮量程范圍。例如，用0.2級(jí)量程100V電壓表和0.5級(jí)量程10V電壓表，測(cè)量10V時(shí)，0.2級(jí)電壓表的絕對(duì)誤差大于0.5級(jí)電壓表，選用0.5級(jí)量程10V電壓表測(cè)量誤差更小。第二，儀器儀表顯示特性產(chǎn)生誤差。儀器顯示的有效位數(shù)不夠容易導(dǎo)致誤差。如需要五位有效數(shù)字，一旦使用四位半的數(shù)字電壓表測(cè)量就會(huì)出現(xiàn)問題，存在分辨力不夠的誤差。儀器的刻度設(shè)置不合理、光點(diǎn)不夠亮等都會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。第三，數(shù)字儀表間隔采樣的影響。采樣方法可能漏掉一些被測(cè)量的波動(dòng)信息而產(chǎn)生誤差。第四，靈敏度、鑒別閾的影響。靈敏度不夠會(huì)引起誤差。鑒別閾的大小因人不同。如電子電位差計(jì)，當(dāng)同一行程方向輸入量緩慢改變到0.04mV，指針產(chǎn)生可覺察變化，此變化量因人不同。第五，調(diào)節(jié)細(xì)度不夠引起。當(dāng)改變最小步進(jìn)值超過靈敏度，用估讀得出結(jié)果，也可能引起誤差。

2.4 測(cè)量設(shè)備因素

有的測(cè)量儀器需與一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備組合測(cè)量。有些輔助設(shè)備不需檢定，很難發(fā)現(xiàn)設(shè)備出問題。例如，可調(diào)電源是電學(xué)計(jì)量常用輔助設(shè)備，一般不送檢，出了問題不易發(fā)覺。其次，開關(guān)變差影響。開關(guān)是電學(xué)計(jì)量常用構(gòu)件，存在動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)后轉(zhuǎn)回原位時(shí)其接觸電阻會(huì)發(fā)生變化，形成開關(guān)變差，對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。例如，電阻箱的開關(guān)器件，需進(jìn)行開關(guān)變差測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)電池的準(zhǔn)確度可達(dá)微伏，其測(cè)試線路對(duì)轉(zhuǎn)換開關(guān)要求很高，為避免開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生熱電勢(shì)，應(yīng)采用微伏級(jí)低熱電勢(shì)開關(guān)。第三，線路各接點(diǎn)和導(dǎo)線電阻的影響。線路是通過導(dǎo)線及各接點(diǎn)如焊點(diǎn)、接線柱、開關(guān)等進(jìn)行連接，會(huì)有一定電阻，一般測(cè)量不考慮，但在準(zhǔn)確性要求高的測(cè)試中會(huì)產(chǎn)生不可忽略的誤差。例如，在低阻測(cè)試中，采用“四線法”消除引線電阻影響。在高阻箱測(cè)試中，測(cè)試引線電阻消除殘余電阻的影響。在有交流的測(cè)量場(chǎng)合還應(yīng)考慮接線柱、接點(diǎn)、導(dǎo)線電感和電容的影響。

2.5 環(huán)境因素

第一，溫度影響。溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池的準(zhǔn)確度有很大影響。例如，標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而降低，恒溫槽內(nèi)溫度及溫場(chǎng)均勻性有嚴(yán)格要求。第二，濕度影響。當(dāng)絕緣體受潮，絕緣電阻變小，對(duì)高阻阻值影響非常大。第三，磁場(chǎng)影響。未經(jīng)屏蔽的電動(dòng)系儀表對(duì)磁場(chǎng)敏感，空間中交變磁場(chǎng)的影響不能完全排除。第四，電場(chǎng)影響。在交流電路中，具備電位差的物體會(huì)產(chǎn)生電容電流，對(duì)其基本電流產(chǎn)生干擾。第五，靜電力會(huì)作用于儀表指針、動(dòng)圈繼而產(chǎn)生誤差。第六，電源影響，包括電壓波形、頻率、相位差以及穩(wěn)定性等。尤其當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)大，在電壓不穩(wěn)的情況下會(huì)產(chǎn)生更大的波動(dòng)。第七，外界條件偏離額定條件值，包括溫濕度、壓強(qiáng)、震動(dòng)等。

3 防控誤差的相關(guān)措施

3.1 落實(shí)環(huán)境條件及設(shè)施管理制度

首先，構(gòu)建符合人員安全的工作環(huán)境，確保相關(guān)設(shè)施有效運(yùn)行。比如，環(huán)境溫濕度等條件應(yīng)滿足規(guī)程規(guī)范開展測(cè)試工作的要求。其次，將不相容區(qū)域進(jìn)行劃分，避免出現(xiàn)相互影響。保證工作環(huán)境推動(dòng)測(cè)試工作的順利開展。

3.2 定期對(duì)儀器檢定和維護(hù)保養(yǎng)

定期對(duì)儀器進(jìn)行檢定，使儀器處于良好狀態(tài)，避免使用不合格儀器。對(duì)于老化程度較高的儀器應(yīng)及時(shí)更換。更換后，履行相應(yīng)手續(xù)。若改變?cè)杏?jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)，應(yīng)按新標(biāo)準(zhǔn)重新考核，保證每一項(xiàng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量值傳遞的有效性，推動(dòng)測(cè)試準(zhǔn)確性的提升。

3.3 完善相關(guān)制度，提升計(jì)量測(cè)試的規(guī)范性

首先，構(gòu)建完善的規(guī)章制度。相關(guān)部門應(yīng)重視每一項(xiàng)測(cè)試方法及儀器的正確使用，從而促進(jìn)測(cè)試工作規(guī)范性的提高。其次，對(duì)人員開展專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)人員資質(zhì)考核，確保人員持證上崗，從而促進(jìn)測(cè)試工作水平的提升[3]。

4 結(jié)語

總之，應(yīng)重視對(duì)電學(xué)計(jì)量測(cè)試誤差的分析與探討，加強(qiáng)理論實(shí)踐相結(jié)合的能力，降低人為、環(huán)境等因素影響，深入探究測(cè)試誤差規(guī)律并總結(jié)，不斷提升計(jì)量測(cè)試工作水平。