電工儀表及測量誤差

電工儀表及測量誤差第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一誤差的概念在一定條件下，被測量客觀存在的確定值，稱為真值。誤差是測量值與真值相差的程度。誤差公理：測量的過程必然存在著誤差，誤差自始至終存在于一切科學(xué)實驗和測量的過程之中。因此研究誤差規(guī)律，并盡量減小誤差是測量的任務(wù)之一。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一誤差的產(chǎn)生原因儀器本身；因為任何儀器都有一定的靈敏域和精確度。環(huán)境的變更；如溫度，緯度，濕度，電磁場的變化。實驗方法所限；方法不同結(jié)果不一樣。如抽樣調(diào)查中的代表性誤差（抽樣平均誤差），操作人員的素質(zhì)。每個人生理條件的不同，受教育，訓(xùn)練的程度不同。值得強調(diào)的是，誤差不是錯誤，測量結(jié)果包含了誤差范圍恰恰是測量結(jié)果正確和科學(xué)的表達。測量結(jié)果數(shù)值要用有效數(shù)字來表示。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一誤差的表示方法1絕對誤差Δ相對誤差γ引用誤差γn最大引用誤差γmn第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一誤差的表示方法2絕對誤差：測量值A(chǔ)x與被測量真值A(chǔ)0之差Δ=Ax-A0相對誤差：絕對誤差Δ與真值A(chǔ)0之比，并用百分數(shù)表示。

γ=引用誤差：儀表某一刻度點讀數(shù)的絕對誤差Δ比上儀表量程上限Am，并用百分數(shù)表示。

γn=ΔA0ΔAmx100%x100%第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一誤差的表示方法3最大引用誤差：儀表在整個量程范圍內(nèi)的最大示值的絕對誤差Δm比儀表量程上限Am，并用百分數(shù)表示。

γmn=AmΔmx100%第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一關(guān)于真值實際上，真值是難于得到的，實際中，人們通常用兩種方法來近似確定真值，并稱之為約定真值。一種方法是采用相應(yīng)的高一級精度的計量器具所復(fù)現(xiàn)的被測量值來代表真值，另一種方法是在相同條件下多次重復(fù)測量的算術(shù)平均值來代表真值。另外在產(chǎn)品檢測中，某項被測量的設(shè)計指標，既標稱值視作已知真值，而測量值與標稱值之差，就是產(chǎn)品制作誤差（注意：這里的測量值與其算術(shù)平均值之差才是測量誤差）。理論值作為真值，如三角形內(nèi)角和為1800第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一例1-11-1用以電壓表測量某電壓，其讀數(shù)為201V，而標準表的讀數(shù)（認為是真值）為200V，求絕對誤差。Δ=Ax-A0=201-200=1(V)1-2用一電壓表測200V電壓，絕對誤差為+1V，用另一電壓表測20V電壓，絕對誤差為+0.5V，求相對誤差？第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一分析上例中前者的絕對誤差大于后者，但誤差對測量結(jié)果的影響，后者卻大于前者。因此衡量對測量結(jié)果的影響，要用相對誤差。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一儀表的誤差儀表的誤差：儀表指示值與被測量真值之間相差程度儀表誤差的分類基本誤差：在規(guī)定條件下，儀表本身所產(chǎn)生的誤差；附加誤差：在規(guī)定條件之外，所產(chǎn)生的誤差；第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一儀表的準確度儀表的準確度：在規(guī)定使用條件下，儀表最大引用誤差絕對值的百分數(shù)；它表示儀表指示值與被測量真值之間接近的程度；即

K%=GB776-76《電測量指示儀表通用技術(shù)條件》給儀表規(guī)定了7個等級準確度。AmΔmx100%儀表準確度等級0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差(%)±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一分析通常儀表的絕對誤差在儀表標尺的全長上基本保持恒定，因而相對誤差會隨著被測量的減小逐漸增大，所以相對誤差的數(shù)值并不能說明儀器的優(yōu)劣，只能說明測量結(jié)果的準確程度。引用誤差則由于式中的分子、分母都由儀表本身性能所決定，不隨被測量變化，所以用其來表示儀表的準確程度。第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一小結(jié)誤差的基本概念儀表的誤差和準確度第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一二、內(nèi)容提要誤差的分類誤差的消除方法精密度、準確度（正確度）、精確度概念第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一誤差從性質(zhì)上分類、特點誤差從性質(zhì)上可分為三大類，即：系統(tǒng)誤差隨機(偶然)誤差疏失誤差（粗大誤差、過失誤差）第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差是指按一定規(guī)律出現(xiàn)的誤差；在同一條件下，多次重復(fù)測試同一量時，誤差的數(shù)值和正負號有較明顯的規(guī)律。系統(tǒng)誤差通常在測試之前就已經(jīng)存在，而且在試驗過程中，始終偏離一個方向，在同一試驗中其大小和符號相同。例如，電壓表示值的偏差等。特征：有其對應(yīng)的規(guī)律性，它不能依靠增加測量次數(shù)來加以消除，一般可通過試驗分析方法掌握其變化規(guī)律，并按照相應(yīng)規(guī)律采取補償或修正的方法加以消減。第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一隨機誤差（偶然誤差）1隨機誤差（偶然誤差）：在同一條件下，對某一量多次重復(fù)測量時，各次的大小和符號均以不可預(yù)定的規(guī)律變化的誤差，謂之隨機誤差或偶然誤差。是具有不確定性的一類誤差。它的產(chǎn)生是由測量過程中出現(xiàn)的各種各樣不顯著而又難于控制的隨機因素綜合影響所造成。

特征：個別出現(xiàn)的偶然性而多次重復(fù)測量總體呈現(xiàn)統(tǒng)計規(guī)律，服從高斯（GASS）分布，也稱正態(tài)分布；無法消除。其統(tǒng)計特征如下：

①有界性

②對稱性③單峰性④遞減性

由于隨機誤差具有以上這些特性，所以在工程上可以對被測量進行多次重復(fù)測量的算術(shù)平均值表示被測量的真值

。第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一隨機誤差（偶然誤差）268.3%95.5%99.7%第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一疏失誤差（粗大誤差、過失誤差）過失誤差：測量誤差明顯地超出正常值，由于人員的疏失，如測錯、讀錯、記錯或計算錯誤等；或測試條件突變所致。含有過失誤差的測量數(shù)據(jù)是不能采用的，必須利用一定的準則從測得的數(shù)據(jù)中剔除。如比賽中采用的“去掉一個最大值和最小值的計分方法，以及數(shù)據(jù)處理中常采用的3σ原則等既是典型的例子。第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一三類誤差的關(guān)系應(yīng)當指出，上述三類誤差之間在一定條件下是可以互相轉(zhuǎn)化的。對于某一具體誤差，在此條件下為系統(tǒng)誤差，而在另一條件下可為隨機誤差，反之亦然。例如，按一定公稱尺寸制造一批量塊，其中任一塊的制造誤差，對“一批”來說是隨機誤差；而對其中某一塊而言，它的制造誤差是固定值，在使用這個量塊時，它的固定誤差又屬系統(tǒng)誤差。掌握誤差轉(zhuǎn)化的特點，就可將系統(tǒng)誤差轉(zhuǎn)化為隨機誤差，用概率統(tǒng)計的方法來減小誤差的影響；或?qū)㈦S機誤差的某些成分分離出來，作為系統(tǒng)誤差處理，用修正方法減小其影響，疏失誤差有時亦難區(qū)別于隨機誤差，故常用隨機誤差來處理。引起各類誤差的因素，往往是多方面的，錯綜復(fù)雜的。但可歸結(jié)為幾個主要方面列于下表中。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一引起各種誤差的主要因素方面系統(tǒng)誤差隨機誤差測量方法依據(jù)近似的計算公式;采用近似的測量方法;設(shè)計、工藝測量基準不一致等測量工具標準器具或量儀由于設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試和使用等造成的缺點儀器零件形狀、尺寸、運動鏈的間隙、摩擦、磨損及元器件性能不穩(wěn)定測量環(huán)境溫度、濕度、氣壓、振動、電磁場等按一定規(guī)律變化的干擾多種環(huán)境因素同時變化的綜合影響測量人員生理特點或不良習(xí)慣造成的觀測偏差工作不細嚴,_致使在觀測、操作等方面造成的隨意性差錯第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一測量誤差及其消除方法用比較法消除系統(tǒng)誤差正負誤差補償法利用校正值求出被測量的真值第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一消除系統(tǒng)誤差--比較法電橋法測量電阻由于R1,R2,R3存在誤差，使Rx測量出現(xiàn)誤差用標準電阻Rs代替Rx接入電橋，在R1,R2,R3保持不變時仍使電橋平衡此時有:Rs=Rx而與R1,R2,R3的誤差無關(guān)；第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一消除系統(tǒng)誤差--正負誤差補償法為了消除系統(tǒng)誤差，還可以采用正負誤差補償法，即對同一被測量反復(fù)測量兩次，并使其中一次誤差為正，另一次誤差為負，取其平均值，便可消除系統(tǒng)誤差。例如為消除外磁場對電流表讀數(shù)的影響，可在一次測量后，將電流表位置調(diào)轉(zhuǎn)１８０°，重新測量一次，取前后兩次測量結(jié)果的平均值，可以消除外磁場帶來的系統(tǒng)誤差。第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一消除系統(tǒng)誤差--交換法以等臂天平稱量為例，第一次在右邊稱盤中放置被測物Ｘ，左邊稱盤中放置砝碼Ｐ，使得天平平衡，如圖，這時被測物的質(zhì)量為X=PL1/L2，當兩臂相等時，Ｘ＝Ｐ。如果兩臂存在微小差異，就會使測量結(jié)果中含有系統(tǒng)誤差。為了抵消這一系統(tǒng)誤差，我們將被測物與砝碼互換位置，則此時天平不會平衡，改變砝碼質(zhì)量為Ｐ’時，使天平平衡，則這時被測物的質(zhì)量為X=P’L2/L1，所以既正確值Ｘ是交換前后兩次測得值的幾何平均值。這時測量結(jié)果中不再含有等臂天平不等臂引起的系統(tǒng)誤差。（注意：這時還存在著其它因素產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，如砝碼本身的系統(tǒng)誤差）。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一不等臂天平系統(tǒng)誤差的消除-交換法PXL1L2P’XL1L2第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一消除系統(tǒng)誤差—校正法所謂校正值就是被測量的真值Ａ0（即標準儀表的讀數(shù)）與儀表讀數(shù)Ax之差用δ表示。校正值在數(shù)值上等于絕對誤差，但符號相反。如果在測量之前能預(yù)先求出測量儀表的校正值，或給出儀表校正后的校正曲線或校正表格，那么就可以從儀表讀數(shù)與校正值求得被測量的真值即：

A0=Ax+δ第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一精密度、準確度（正確度）、精確度精度與誤差是反映測量結(jié)果真實性的兩個相輔相成的概念。誤差表示測量值偏離真值的程度；精度表示測量值接近真值的程度。習(xí)慣上所說的精度其含義是什么？為此需明確以下三個概念。精密度：指多次重復(fù)測量中，測量讀數(shù)重復(fù)一致的程度。表征測量結(jié)果中的隨機誤差大小的程度。準確度（正確度）：指測量結(jié)果與真值的偏離程度。表征測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差大小的程度。精確度：是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。指測量結(jié)果與真值的一致程度。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一精密度、準確度（正確度）、精確度第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一精密度、準確度（正確度）、精確度(a)圖表明數(shù)據(jù)均值（近似真值）偏離真值Ａ遠，且數(shù)據(jù)的離散性大；前者說明測量的系統(tǒng)誤差大，準確度差；后者說明隨機誤差大，即精密度差（重復(fù)性差）。(b)圖表明數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值偏離真值Ａ近，系統(tǒng)誤差小，即準確度好，而隨機誤差與（a）差不多，既精密度差。(c)與(b)相反，數(shù)據(jù)均值偏離真值Ａ較遠，系統(tǒng)誤差大，正確度差而數(shù)據(jù)又相對密集，隨機誤差小，說明重復(fù)性好，既精密度好。(d)表明數(shù)據(jù)相對真值Ａ密集，系統(tǒng)誤差小，隨機誤差也小。即精確度好。第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一關(guān)于誤差和準確度的概念進一步國標標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際法制計量組織（OIML）、國際計量局（（BIPM）、國際純物理和應(yīng)用物理聯(lián)合會（IUPAP）、國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPC）以及國際臨床化學(xué)聯(lián)合會（IFCC）7個國際組織于1993年修訂了《國際通用計量學(xué)基本術(shù)語》（InternationalVocabularyofBasicandGeneralTermsinMetrology）(以下簡稱《VIM》)。我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于1998年9月發(fā)布了JJF1001－1998《通用計量術(shù)語及定義》（以下簡稱《JJF》國家計量技術(shù)規(guī)范。在以上兩個文本中，對測量準確度、流量儀器的準確度和準確度等級均有確切的定義和說明。提出使用這些概念時必須注意的問題。第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一準確度準確度：

對應(yīng)的英文為accruacy(這個詞既可用于說明測量結(jié)果，也可用于測量儀器在的示值。當用于測量結(jié)果時，表示測量結(jié)果與被測量真值之間的一致程度。當用于測量儀器時，定義為測量儀器給出接近于真值的能力所有這些場合，準確度均為一種定性的概念而非定量的。因此，準確度不象測量誤差、測量不確定度，他不是物理量，化沒有一個定量的定度。測量誤差定義為測量結(jié)果減被測量之真值，是兩量之差，可以定量地給出。準確度則不能。所謂定量，就是用量值表達。第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一準確度等級準確度等級：

在《VIM》及《JJF》中，準確度等級（accuracyclass）指測量儀器符合一定的計量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的測量儀器的等別、級別。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一三、內(nèi)容提要電工儀表的種類電測量指示儀表的組成及基本原理第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表的種類1測量各種電磁量的儀表、儀器統(tǒng)稱為電工儀表；電工儀表不僅可測量電磁量，通過相應(yīng)的變換器可測量非電量；指示儀表、記錄儀表按測量方法電測量指示儀表比較儀器按技術(shù)類型模擬儀表數(shù)字儀表智能儀表第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表的種類2電測量指示儀表：電表量指示儀表又稱直讀儀表，各種交直流電流表、電壓表、功率表、萬用表、多系電測量指示儀表。比較儀器：用比較法測量的儀表，如各類電橋測量儀表。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表的種類3按準確度等級可分為：０.1、０.2、０.5、１.0、１.5、２.5、５.0七級。按使用環(huán)境條件按外殼防護性能按儀表防御外界磁場或電場影響的性能按讀數(shù)裝置：可分為指針式、光指示式按使用方式：可分為安裝式、可攜式等按工作原理：分為磁電系、電磁系、電動系、感應(yīng)系、靜電系、振簧系等。第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電測量儀表的主要技術(shù)性能在國家標準中規(guī)定了各類儀表技術(shù)性能，主要指標有：儀表靈敏度儀表誤差儀表的阻尼時間機表的功率損耗儀表的堅固性與可靠性第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表的表面標記和型號定義電工儀表的表面標記型號定義開關(guān)板式儀表的型號組成攜帶式儀表的型號組成第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表常見的表面標記符號第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表標記符號電流表安培表毫安表電壓表千伏表功率表瓦特表電能表電度表第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電工儀表標記符號第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一開關(guān)板式儀表的型號組成第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電測量指示儀表的組成測量線路測量機構(gòu)被測量測量線路的作用是把被測量x轉(zhuǎn)換為測量機構(gòu)可接受的過渡量y（例如轉(zhuǎn)換為電流）；然后，再通過測量機構(gòu)把過渡量ｙ轉(zhuǎn)換為指針的角位移α。測量機構(gòu)是電測量指示儀表的核心，沒有測量機構(gòu)就不成為電測量指示儀表，而測量線路則根據(jù)被測對象的不同而配置，如果被測對象可以直接為測量機構(gòu)接受，也可以不配置測量線路。例如變換式儀表，就是用磁電系儀表作為測量機構(gòu)，不論是功率表、頻率表、相位表都用相同的測量機構(gòu)做表芯，然后配上不同的變換器（即測量線路）以達到測量不同被測量的目的。為此在下面著重討論一下測量機構(gòu)的組成。過渡電量指針偏轉(zhuǎn)角xY=f(x)α=F(y)=φ(x)第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一測量機構(gòu)的組成--驅(qū)動裝置固定部分可動部分產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩Ｍ的驅(qū)動裝置

為了使電測量指示儀表的指針能夠在被測量的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，就必須有一個能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的驅(qū)動裝置，不同類型的儀表，驅(qū)動原理也不一樣對電磁系、電動系儀表M=F（X,α)對磁電系儀表M=F（X)第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一測量機構(gòu)的組成-控制裝置產(chǎn)生反作力矩Ｍα的控制裝置如果測量機構(gòu)只有驅(qū)動裝置，而沒有控制裝置，則不論被測量x是大還是小，可動部分在轉(zhuǎn)動力矩作用下，總是偏轉(zhuǎn)到盡頭，好象一桿不掛秤砣的秤，不論被測重量多大，秤稈總是向上翹起。Ｍα=DαD----反作用