电测仪表测量误差分析与不确定度评定方法

雷平

摘要：近几年，电力行业的迅猛发展不仅为我国的经济建设提供了坚实的后盾，同时也改善了人们日常的生活水平和质量。并且伴随着科学技术的发展与进步，电测仪表所应用的领域也越来越广，其测量结果的准确性也关系到各个领域的生产和安全。因此，为了保证电测仪表在使用过程中所得测量数据的准确可靠，就必须对用于计量的电测仪表进行有效溯源，即对其实施周期检定或者校准。结合测量过程中各种因素的影响，并对其测量结果进行不确定度评定，进而提出相应的防范措施，能够有效推动电力行业的良好发展。

关键词：电测仪表测量;准确度;影响因素;防范措施;

随着我国电力行业的不断发展，已经拥有了较大规模和先进的科研技术，其成果也为我国经济建设和发展做出了巨大的贡献，并且随着我国电力系统的发展，对工程中的仪器测量精确度提出了更高要求。在此背景下，就需要对电测仪表测量过程中准确度影响因素进行分析，进而提出相关防范措施，以提高电测仪表测量准确度。

1 电测仪表测量误差分析

测量仪器示值减相应输入量的真值为误差。由于真值不能确知，实际中使用的为约定真值。因受仪器设备本身计量性能的局限性以及测量水平、测量方法、环境条件和人为差错等因素的影响，测量的实际结果与约定真值之间存在一定的差异性难以避免，这就产生了测量误差。较为典型的影响电测仪表测量结果误差的有测量方法路线设计的不合理、测量仪器精度等级选择不当、没有对测量过程中周围环境条件产生的偶然变化进行关注、测量过程中操作不规范等，都将进一步增加电测仪表测量过程中的误差。因此，结合这些可能引起的误差因素，需要采取积极的措施尽量将误差消除或者控制在限值内，明确影响电测仪表测量结果准确程度的具体因素，并借助相应的修正技术进行防范。

1.1 电测仪表测量误差的来源

数字电测仪表可以利用变化器完成对被测物体至合理频率或脉冲数的有效转化，有效实现数字测量。一般而言常用电测仪表主要有模拟电路以及数字电路这两个重要组成部分。其中数字电路部分，主要是通过石英晶体振荡器的作用，借助其较强的稳定性以及较高的精度，能够使测量准确度和稳定度的数量等级达到10-7，因此数字电路所产生的误差可以忽略不计。

在模拟电路部分，输入电路的衰减器可能存在分压系误差、转换开关存在电阻误差、放大器存在传递系数误差、A/D变换过程中存在量误差以及基准电压源存在标准电压误差，各种非线性器件均可能存在非线性误差、零位误差以及测量条件导致的附加误差等。

1.2 几种常见误差的处理方法

1.2.1 随机误差的处理

随机误差的产生原因主要由于各种偶然、不相关、不确定因素干扰导致，诸如由于仪器所产生的温度、电磁干扰、噪声、电源电压波动无规律、测量人员操作不当等因素，导致测量结果的重复性存在较大分散性。因随机误差缺乏有效的手段来对其进行修正或者消除，所以只能通过增加测量次数，并结合相关数理统计方式来减小这类误差的产生概率，在多数情况下，随机误差呈现出正态分布。

1.2.2 系统误差的处理

导致系统误差产生的原因有多种，通常因测量设备自身存在缺陷、测量环境不达标、测量方式不符合标准、测量人员操作不当等因素而引发一系列的误差。一般而言，系统误差存在着一定的变化规律，如若测量重复所获取的结果相对较大或较小，针对这类问题，可以对原有的测量方式以及测量工具进行革新，也可通过修正的方法。

对恒定系统误差消除可以采取异号法、交换法、替代法。如采用高频替代法校准微波衰减器。当被校衰减器衰减刻度从A1改变到A2时，调节标准衰减器从As1到As2，使接收机指示保持不变，则被校衰减器变化量A1-A2=Ax等于标准衰减器的衰减变化量As=As1-As2，可以使微波信号源和测量接收机在校准中不引入系统误差。

修正系统误差通常采用加修正值、乘修正因子、画修正曲线和制定修正值表四种方法。但是由于系统误差受到多方因素影响，难以完全掌控，即使利用修正也不能实现对系统误差的完全消除。通常用将测量结果与计量标准的标准值比较的方法来获得修正值或修正因子，即通过校准得到，都是具有不确定度的，在获得修正值或修正因子时，需要评定这些值的不确定度。使用修正测量结果时，该测量结果的不确定度中应该考虑由于修正不完善引入的不确定度分量。

1.2.3 粗大误差的处理

测量过程中产生粗大误差的原因有人为的读数或记录错误，仪器内部偶发故障，震动、电源变化，以及电磁干扰等等。相关人员在进行数据处理时，对可疑数据应进行分析。一般是采用格拉布斯准则、拉依达准则或狄克逊准则来判别异常值。若发现异常值，应将其剔除，这样才能最大化保证测量结果的准确性。

2 电测仪表测量不确定度评定方法

测量不确定度表明被测量值量值分散性，是一个说明给出的测量结果的不可确定程度和可信程度的参数，是一个区间。不确定度也是衡量电测仪表检定结果的一种重要指标。一个完整的检定结果应该包括测量值以及测量的不确定度，结合两者才能分析出测量结果的可信程度。因此，为了保证测量结果不确定度评定与表达过程的一致性，就应有对应的标准，因此，在实际测量中就应按照我国出台的《测量不确定度评定与表示》相关计量规范有效对测量不确定度进行评定。

在实际过程中对不确定度的评定主要有以下几个环节，首先需要对测量过程中不确定度的来源进行分析，并合理界定不确实度分量。其次，采用适合的不确定度评定方法计算出各不确定度的分量，分析其输入量间的相关性，运用公式合成各标准不确定度分量得到合成标准不确定度，将合成标准不确定度乘以包含因子得到扩展不确定度，最后输出评定结果。

2.1 电测仪表测量中的不确定度的来源分析

在分析不确定度来源时，应从测量仪器、测量环境、测量方法、被测量等方面全面考虑，尽可能做到不遗漏，不重复。结合电测仪表检定方法，电测仪表检定结果的不确定度主要来源有电测量中由于测量系统不完善引起的绝缘漏电，热电势，引线电阻等引入的不确定度；不同的被测量仪表会由于测量示值的分辨率参数限制引入的不确定度；在相同条件下多次重复测量所得一系列数据不完全相同，具有一定分散性，这种由诸多随机因素影响造成的随机变化常用测量重复性表征，即测量重复性也是电测仪表测量结果的不确定度重要来源之一，在实际测量中即使使用高精确度的标准器，也会导致输出值与标准值之间存在一个误差，即测量仪器的不准引入的不确定度。

2.2 测量不确定度评定方法

不确定度通常是用概率分布的标准偏差来表示其不确定度。不确定度的表示一般有多个分量，我们在不确定度来源进行分析时，就应全面获取测量不确定度的分量，一般将采取两种方法对测量结果不确定度进行评定。一种为统计方法（A类），即在相同条件下进行多次的重复性测量，以多次测量结果的算术平均值作为被测量的测量结果，再计算得出算术平均值实验标准偏差即A类标准不确定度。另一类则是利用一切有关信息进行科学判断，得到估计的标准偏差即B类不确定度。B类评定法主要受经验和历史信息的可信度影响，但是不管采取哪一类的评定方法，其最终标准不确定度都将由每个部分的分量合成，扩展不确定度将由合成标准不确定度和包含因子的乘积计算所得。

3 总结

总之，要想有效规避和减少电测仪表在实际测量中的误差，首先就需要对电测仪表的误差来源作分析，并结合测量工作的实际开展，提出对各类误差有效的预防措施，同时结合不确定度的评定方法，借助相关开发工具和软件平台实现对不确定度的评定，进而为电测仪表检定与后期系统的开发提供基础条件。

参考文献

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