电学计量检定及测量系统误差因素研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：吕鲁望（1979），男，汉族，山东菏泽人，本科，工程师，菏泽市产品检验检测研究院，研究方向为计量学。-51-电学计量检定及测量系统误差因素研究 吕鲁望 菏泽市产品检验检测研究院，山东 菏泽 274000 摘要：摘要：电学计量在进行检定和测量的过程中很容易出现误差。误差的来源复杂，因此，执行电学计量检定任务的相关人员必须全面考虑可能引发误差的因素，才能实现减少误差的目标。影响电学计量检定及测量的误差源头涵盖：测量人员，测量工具，测量设备，电源以及环境因素等等。如果想在测量过程中降低误差，就必须留意到每一个细节，保持认真及细致的态度，监控各种因素的状况，这样才能真正实现减少误差的目标。本文对这些误差来源进行了深入探讨，希望能为读者提供有益参考。这需要工作人员的不断努力，需要相关部门的慎重对待，只有全体人员积极探索解决的手段和方法，才能让检测的准确度越来越高。关键词：关键词：电学计量；检定；测量；误差 中图分类号：中图分类号：TB971 0 引言 有关电学计量系统误差的课题，相关人员已经做了很多的研究，对误差来自何处、有哪些类型以及如何处理这些误差有了相当丰富的理解，但针对误差的处理尚未有通用的做法，这就需要与误差相关的专业知识，除此之外，还需要具备技术专业领域的知识。若要进行某特定专业的精密测量和测定，全面理解和掌握可能导致系统误差的因素是必不可少的先决条件。电子测量以其高灵敏度、极高的精准度和广泛的应用受到人们的钟爱。虽然现在在控制和特性测定上拥有各种先进的技术手段，但是电学计量却容易受多元因素的干扰，这些干扰可能带来误差，尤其是系统误差源头复杂且不易察觉。本文就可能导致电学计量检定及测量的系统误差产生的原因及来源进行汇总和剖析。任何做好电学计量检定工作的人，都应能熟练应对可能会导致系统误差出现的各种原因，防止出现遗漏，同时，虽然单一的误差源可能忽略不计，但多个误差源联合起来则可能带来更大的误差。1 电学计量检定及测量的重要性 电作为一种重要的发展动力，也是一种无法替代的能源，然而，要想达到更好的使用效率，就必须对电能信号进行检测。在现代科技的飞速发展下，电子测量技术已得到了越来越多的运用，并逐步朝着智能化的方向发展。所谓“系统误差”，就是一种具有一定规律性的、能在检测过程中被检测到并被排除的误差。然而，在实践中，往往会出现难以察觉的误差，从而影响到测量的准确性，人们通常将这些用系统误差来表达，并根据测试结果对其进行评价。检测准确性直接关系到产品的质量和企业的经济效益，因此，对提高测量的准确性进行深入的探讨显得十分重要。2 电学计量检定及测量系统误差因素分析 2.1 人为因素 每个人在操作方面的喜好、电气知识掌握的深浅和对检定规则理解程度的差异可能会导致一些系统误差。这种情况通常比较复杂多变，但大家对其并不感到陌生。一种常见的操作者错误习惯是常从一个非垂直于表面的固定角度去看指针式仪表的读数，这会导致系统误差。此外，其他任何不正确的读数习惯也可能导致读数有误。操控方式的不统一也会产生一些误差，像是在机械开关的操作过程中，力道不均可能让开关接触电阻值呈现误差。另外，用于插销式电阻箱这类设备，插销过程中力的施加情况不同可能会引发接触电阻的明显改变。还有，实验人员在实验过程中，热力、静电、气温、湿气、观察的习惯等诸多因素或许也会对测量结果产生影响。2.2 操作流程因素 如果在执行检定过程时没有严谨遵循检定规程，就有很大可能出现偏差，我们称其为方法误差。这类误差，大家一般都很熟知并且会特别留意，因此在此不做过多讨论。中国科技期刊数据库 工业 A-52-在度量过程中，可能会采用一些非规范的手段，这在商业环境中尤为普遍。例如，校正测量设备时，由于缺乏统一的校正方法，使用各种不同的方法所得的结果很可能会有所不同。2.3 量具因素 在电学计量标准中，标准仪器例如标准表存在特定等级，例如 0.1 级、0.5 级等，这种情况即其系统误差，也是最普遍和明显的误差。这类误差是依照标准仪器的制造设计性能及相关检定规程而设定的。在标准仪器的检验证书中，这类误差会被列明，并有一定的有效期限。一旦超过该期限，就需要对标准器进行检定，重新确认其系统误差。2.4 仪器仪表显示特性造成的误差 另一类读数错误来自于工具本身的特质。例如，设备的有效显示位数不足可能会导致误差。如果需要四位有效数值，但只用了3位的数字电压表进行检测，就会出现误差。当平衡指示器读数设备不够精密时，可能会引入一些误差，例如刻度线模糊、光点不足够明亮或深色线条混淆等。特别当其灵敏度仅刚好满足需求时，这种误差可能会与由于灵敏度不足产生的误差同样大。对非均匀刻度的指针式仪器来说，当指针在刻度密集区域的错误读数更高，因此，我们需要选定一个合适的量程让指针位于刻度稀疏区域，以此来降少误差。2.5 测量装置因素 2.5.1 标准装置中其它设备引起的误差 一般来说，为了实现准确的校准和测量，标准器应与其他设备一起，组成一套完整的标准设备。如果这些配套设备的功能性能不足，可能会引发不易被操作人员发现的系统误差。以可调电源为例，这是最常用于电气测定校准的设备，对于直流电源，其输出电流或电压中的交流部分必须极其微小，否则会产生测量误差。这种配套设备一般不会进行检查，所以一旦出现问题，通常不容易被发现，但可能会引发系统误差。2.5.2 其它元件的误差 连接元件在电学检测线路中的误差势必对测量结果产生影响。操作人员思考元件或辅助工具的吾侪，估算并确认其对结果的影响程度，以确定其对总误差的贡献率。在电子测量仪器的测量流程中，电线与各个接触性部位（如焊接部分、接线标、开关等）必须是连接的，这些区域都会呈现一定的电阻。虽然这些电阻值一般比较少并且容易被忽视，但在需要高精度测量的检测中可能会产生无法忽视的误差。在电学检定与相关配套设备上，切换开关是一种经常被使用的操作组件，其接触电阻并非恒定不变。在进行切换并返回原处后，接触电阻可能会出现细微的波动，这就导致了开关误差的产生。如果这种误差过大，可能会对检定结果产生无法忽视的影响。对于需要进行通讯的测量环境，考虑电感和电容由接线柱、接触点以及导线产生的影响是不能忽视的。2.5.3 调节细度不够引起的误差 当采用补偿法等测量方式时，若调整的精度不足，那么在电路接近最终平衡的阶段，只需改变一个最小步进值，就可能超出敏感度阈值，导致指示器偏转过度，往往无法实现最终的平衡。因此，操作人员通常只能通过估计来得出最终的结果，这种情况下很可能会产生误差。电测线路的一项基本问题就是灵敏度。假设测量设备的指标器能够察觉的最细微变动为 Y，对应的测量值的变动为 X，那么 X 就可能是因为指标器灵敏度不足导致的测量误差。电子部件的稳定性不会是永恒的，部件会遭到老化，也就是说其数值会随着时间的流逝而发生改变，这种改变会对校验结果造成偏差。操作人员必须留意这种改变，而且这种改变是悄无声息地发生的，往往没有什么外部表征。处理线性和非线性元件时可能存在差异，他们可能需要各种不同的电流和电压。这种差异常常会引起非线性元件测量值的大规模偏差，比如电灯泡的电阻，铁芯线圈的特性就能佐证这一点。2.6 环境因素 2.6.1 磁场的影响 在直流电路中，未受保护的电动系计量设备等对磁场非常敏感，尽管电路元素之间的磁场干扰相对较少。但在磁场强的环境中需要特别关注，且交流磁场的影响也是无法彻底消除的。在 AC 电路里，元件之间的磁场干扰甚大。每一个中国科技期刊数据库 工业 A-53-电感线圈都能创造出交流磁场，并在周边的导线和线圈中引发电动势感应，从而造成相互作用。当这种影响达到一定程度时，就会导致误差的产生。如果电感线圈接触到铁磁性材料或高电导率材料，可能会通过这些材料形成闭合的磁通或发生涡流，进而改变线圈的电感性，导致误差产生。执行屏蔽时，可能会引发此种误差。变动的电磁场也会引发震动，并因此产生其他效应。2.6.2 电场的影响所引起的误差 电容效应在绝缘介质上会显现出来，从而为交流电创造固定的路径。这种电场的影响可以被解释为导线之间的电容性电流的溢出，这种溢出也可能导致电路元素的数值发生变化，例如，电感器线圈在受到电容泄漏的影响后可能会改变其时间常数。在交流电路中，具有电势差的物体之间形成电容电流，一旦将其纳入基本电流，就会导致误差。无论是在电路元件和接地物体之间，还是在电路元件与实验者之间，都有可能出现上述情况。2.6.3 静电力的影响 仪表的移动部件，例如指针和动圈，可能受到静电力的影响，从而直接导致指示错误。2.6.4 外界条件偏离额定条件值 测定流程对环境条件有一系列的标准，如果不按这些标准来操作，测量或者检定的偏差就会增加。2.6.5 环境湿度与温度的影响 一旦绝缘材料受潮，其电阻性能就会降低，特别是在测试和对高阻元素进行检查时要格外注意。湿气还能影响空气的介质常数，并随之改变空气电容器的容积。除了对大气温度的影响需要考虑，操作人员也需要考量当地空气湿度的影响，一杯热水周边的水汽浓度会增加，甚至连实验者呼吸排出的气体也需考虑进来。2.6.6 大气压强变化的影响 大气压力的变化会影响空气的介电常数，导致空气电容器的电容值发生变化。另一方面，封闭的标准电阻器可能会由于空气压力的变化而使线圈框架变形，这可能会引起电阻值的变化。对于液体中的成分(如绝缘油)，在深度变化的情况下，压力的差异也会带来相似的影响。3 减小电学计量检定及测量误差的建议 3.1 提高操作人员的综合技能素养 若要实现各个领域的持续发展，就必须坚决贯彻“以人为本”的理念。对于那些从事电子测量校准和系统测试工作的人员，需发扬其个人的积极主动性，在工作中持续不断的创新。同时，测量机构也应积极致力于人才的培养和打造。着眼于“人”的关键问题，优化流程，有效减小电学计量检定及测量的系统误差，提高测量效率。对于企业来说，应汲取并培养一批高品质、高竞争力的技术专职人才，激发团队的活跃性，使得团队中的员工在优秀人才的带动下，熟练掌握相关电子测量理论和正确的测试技术手段，然后进行相应的实操。值得一提的是，在实际操作开始前，企业必须对员工的技能进行评估。进行一次全面的考评和培训，以确保公司内部对于电学计量检测和测量系统的正确操作有一套统一的标准，使得对应的工作步骤能够规范化。员工的培育不仅需企业吸纳优秀人才，也需要实行如师徒制等模式，资深员工需要向新入职的员工传达重要的经验技能和紧急情况下的处理方式，同时新员工也需要向有经验的员工分享最新的技术和操作方法，如此形成一种积极的循环，使得员工的综合技术素养得到有效的提升。此外，企业可以安排优秀的员工去深造，学习国内外先进的电学计量检测和系统测量的技术，从而对技术体系进行升级，以精准把握误差。3.2 强化电学计量检定及测量活动中相关人员的联动 在实际操作中，电学计量检定及测量任务，不能单靠某一个员工去独立完成，这项工作需要所有团队成员的紧密协助。在执行任务时，所有成员都必须频繁的进行交流才能确保任务没有遗漏，进而有效地控制误差。在电学计量和校准任务中，团队协作的重要性不仅体现在帮助团队成员之间加深理解，也能让他们的技术水平有效提升，进一步使得一些先进的技术能在团队中迅速适应并应用。因而，在平常的工作中，各个岗位的员工间交流不应受到等级的限制，员工能通过交流分享他们在工作中积累的宝贵经验和技巧，进而在工作环境中形成一个良好的讨论气氛。对于电学计量检定及测量操作中所遇到的问题，可以在现场或者后续在工作群中提出，全体成员就这些问题，进中国科技期刊数据库 工业 A-54-行一场深入的讨论会，提出优化策略以有效管理电学计量检定测量过程中可能出现的误差。概括来说，互通有无是团队内部人员提升的关键，这能使个人的智慧和团队的提升相互结合，使得测量工作更为顺利地进行。4 结语 总结来说，在电学计量检定及测量中，人为因素、环境因素、设备元件因素等都会对测试结果产生影响，这可能会导致测试结果出现波动。再者，系统误差的产生与电容器、电路和电动势都有着直接的关系，这些因素在测试中需要被操作人员重视，这将有助提高测量的准确度。因此，当操作人员进行详细的电学计量检定及测量时，需要完全考虑所有可能会影响到结果的因素，并尽可能采用自动化测试设备来对数据进行测试和分析，这将有助提升整体数据的精准度，并减少由于操作失误引起的数据偏差。参考文献 1陈日照.电学计量检定及测量系统误差因素探析J.计量与测试技术,2017,44(2):39-40.2刘仁僧,韩亚楠.对电学计量检定及测量的误差原因分析J.科技经济市场,2015(5):178-178.3李义.电学计量检定及测量的误差因素分析J.电子世界,2016(18):50.4王鹏.电学计量检定及测量系统误差因素的相关研究J.中国新技术新产品,2021(14):90-92.5王飞.电学计量检定及测量系统误差因素探析J.电工技术:理论与实践,2017(8):105-106.