浅谈电学计量检定及测量的误差原因

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[摘 要]本文简要介绍了电学计量在测量中出现不一致产生的原因以及对于测量结果质量的不确定度评定。

[关键词]电学计量；误差；不确定度

中图分类号：T B 97 1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0267-01

前言：在电学计量的工作中，不可避免会产生一些误差。在现代高度发达的社会中，特别注重测量的精度，为了提高其准确度，人们不断的发现问题，找出原因，并不断改善测量技术和仪器等，不断地减少误差。

1.电学计量测量及检定的必要性

电是现代人类社会所不可缺少的发展动力，运用在生活的各个方面。其中，电测量是电应用中不可或缺的重要环节。由于许多非电量的测量都是转化为对电信号的测量，因此电测量在测量领域具有重要的基础地位。目前，测量的数字化得到更广泛的应用，以此为基础的自动化、智能化和网络化测量是重要的发展方面。并随着全球化进程发展迅速的今天，测量精度甚至影响到世界各国之间的物质交流和技术交流等。由此可见，发现和消除系统误差是很重要的工作。

2.误差产生的原因

2.1 测量人员

主要是由于测量人员的主观因素造成的。一般是由于测量人员对电学知识的掌握程度和对测量流程的熟悉理解程度不够造成的误差。由于观察者的一些不正确的测量习惯会造成的所读示数与真实值之间的误差。在测量的具体操作过程中，难以保证每一步都符合标准，必然会出现一些系统误差。此外，由于每一次的测量者不同，其生理特征不一致，如观察者的身体湿度、静电等，从而导致测量结果的不一致。

2.2 测量方法

主要由于违规操作和采用非标准的方法来测量导致的误差。因此，一定要按照规定的操作程序测量并采用统一的标准测量方法以减少误差。

2.3 测量装置

在利用标准器进行测量和检定时，通常需要一整套配套的相关设备才能完成测量，如果这套设备中有性能不好的装置，那么很容易会造成系统误差。并且这种误差不易被检测人员发现。如果这些设备使用时间过长，那么设备的稳定性会受到影响，从而产生误差。在整套的设备使用中，是通过开关和导线来建立联系的。由于开关和导线的电阻十分微小，通常情况下是可以忽略不计的，在精准度高的测量中，开关和导线的电阻也会造成一定的误差。此外，要考虑辅助设备在交流环境下的电容、电感等。灵敏度是测量方法可不可取最重要的衡量标准之一，在条件允许的情况下，要尽可能提高装置的灵敏度，获得更为精确的结果。设测量装置的指示器可以观察到的最小变化为Y相应的被测量的变化为X，则X就是可能由指示器灵敏度不够引起的测量误差。

2.4 量具

在测量仪器生产中，所生产的标准器因应用的不同而所规定的范围也不同，这也使电子计量过程中的精准度和准确度不同，在此过程中测量出的这些数据也会产生系统误差。一般来说，标准器的精准度

越高，所得到的结果的精准度也越高，一般在检定证书中会指明标准器的有效期，并标明它的精准度，过了有效期的标准器就必须重新确定其系统误差，因为标准器的精准度受外界因素影响较大，并且极其容易损坏或失准，所以标准器测得结果的误差往往会超出检定证书中给定的值，但一般难以被检定人员发现。由于不同的量具有不同的精度，所以就已经存在着系统误差，为此，在测量时，要根据测量物体的特点选择较适合的量具。此外，数字仪表间隔采样方法可能漏掉一些被测量的波动信息，继而产生误差。

2.5 电子元件

电子元件由于使用时间过长，必然会发生老化，对测量结果产生一定的影响。此外，要采用不同的方法来处理线性和非线性元件来降低误差。

2.6 电路特性

在交流电路中，有功阻抗存在无功分量，称残余电抗，无功阻抗存在有功分量，称损耗电阻，如果在测量中不将它们考虑在内，就会引起误差，这类误差就叫做直角误差，这是由于交流电路阻抗三角形两直角边为电阻和电抗，又阻抗Z=R+jX如果只单独考虑R或者X都会引起误差。如果在测量时由于电压灵敏度或值大于所设定电压，指示器将不会再有变化，就会产生模或者相角的误差。在交流电路里，要注意幅值和相位差两个因素。如用电压OB去平衡未知电压 OA时，向量OB端点距离A点等于电压灵敏度阈值（长为AB）时，再减小AB将观察不到指示器的变化，这时灵敏度阈是以AB这半径的园，测量OA的误差有模的误差，又有相角误差。

2.7 环境

一般电子元件产生的磁场很小，可以忽略不计。但是在直流电路中未经屏蔽的电动系仪表对电磁场敏感，需要考虑到这个问题。交流电路中，各元件间的磁场影响就较大了， 每个电感线圈都会产生交流磁场。在周围的导线、线圈中产生感应电动势， 造成互相影响，影响足够大时就形成误差。电感线圈移近铁磁性物质或高电导物质时，前者的磁通通过后者闭合或产生涡流，使线圈电感值变化，从而出现误差，使用屏蔽措施就可能产生这种误差。在绝缘导体中，电场有时候会导致导体间电容泄漏电流，形成一定空间内的通路，使电路中元件数值发生变化。此外，静电力、压强、湿度等因素都会对测量结果造成一定的影响。

3.计量校正----不确定度评定

3.1 不确定度评定

系统误差的出现一般是有规律可循的，所以可以再测量结果中消除其影响。但是如果我们没有及时的发现已经存在的系统误差就会对计量检定造成不利的影响。在这种情况下，不确定度评定理论被引用进来。在通过实际测量得到测量数据后，需要对测量结果进行数据处理，如数据的计算、分析、整理、绘制图表和表格等，得出测量结果。然后需要对测量结果的不确定性做一个评定，不确定度越大，测量结果的质量越差，使用价值就越低；反之，不确定度越小，测量结果的质量就越好，使用价值就越高。

3.2 评定方法

目前我国采用的不确定度评定方法主要有两种，即静态不确定度评定和动态测量不确定度评定。静态不确定度评定，是基于统计理论的传统的评定方法。动态测量不确定度评定是基于新模型、新理论的评定方法。在进行不确定度评定时，首先建立一个数学模型，然后找出不确定度的来源，对不确定度的分量进行定量分析，接着，计算合成不确定度和拓展不确定度，最后做出不确定度的报告。为了测量不确定度进行评定时更加精确、科学，今后的发展方向会使动态不确定度评定与静态测量不确定度评定相结合，共同用来测量不确定度的评定。

3.3 不确定度标准

随着全球化进程的发展，迫切地要求各国所进行的测量和所得的测量结果应具有统一的评定标准 ，以避免由于标准差异而造成不必要的损失。1986年，由国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、国际计量委员会（CIPM）、国际法制计量组织（OIML）组成了国际不确定度工作组制定了用于计量、标准、质量、认证、科研、生产中的不确定度标准指南。经工作组的反复修改，1993年制定了《测量不确定度表示指南》（简称GUM），指南得到了BIPM、OIMI、ISO、IEC及国际理论与应用化学联合会（IUPAC）、国际理论与应用物理联合会（IUPAP）、国际临床化学联合会（IFCC）的批准，由ISO出版。目前GUM在全世界的执行已推动不确定度达到了最新水平，它是现代不确定度方法与应用的根据。1999年1月我国国家质量技术监督局批准颁布了基本等同采用GUM的国家计量技术规范JJFl059―1999《测量不确定度评定与表示》。

4.结语

在电学计量的测量过程中，由于受到各方面因素的影响，不可避免的会产生误差，对此，我们要确定这些误差产生的来源，尽量减少误差，并对测量结果进行不确定度的评定，以检测测量结果的可靠性。