常用電測(cè)儀表測(cè)量誤差的分析論文

常用電測(cè)儀表測(cè)量誤差的分析論文近幾年來(lái)，隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，以及分時(shí)電價(jià)、一戶一表、集中抄表等一系列行為的實(shí)行，多功能電力儀表測(cè)量的準(zhǔn)確程度越來(lái)越被電力企業(yè)所重視，整個(gè)電力市場(chǎng)也對(duì)電力儀表裝置提出了新的要求。但另一方面，電力負(fù)荷在迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，也使得供電系統(tǒng)電能質(zhì)量遭到了較為嚴(yán)重的污染，整個(gè)電力儀表的準(zhǔn)確性也因此受到了影響。因此，了解電力儀表測(cè)量誤差與影響因素，尋求行之有效的校正改進(jìn)措施，對(duì)于提升電力儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性，充分合理的利用有限的電力資源均有著重要意義。1、電力儀表誤差超標(biāo)的因素綜合分析1.1諧波對(duì)電力儀表測(cè)量誤差的影響早在19世紀(jì)末，德國(guó)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了由靜態(tài)整流器產(chǎn)生的波形畸變會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力儀表測(cè)量與有效值相比出現(xiàn)偏差，故電力儀表測(cè)量因諧波導(dǎo)致的測(cè)量誤差并不是一個(gè)新的問(wèn)題。近幾年來(lái)，由于大容量電力整流和電力環(huán)流設(shè)備開(kāi)始在電力企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，故諧波對(duì)電力儀表測(cè)量的影響也成為了電力企業(yè)的熱門話題。根據(jù)傅立葉變化的基本理論，任何波形在時(shí)域條件下都可分解為無(wú)數(shù)個(gè)正弦波的疊加，故交流電壓和電流呈正弦波形為電力測(cè)量中的最理想情況，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，電力企業(yè)的電力系統(tǒng)往往存在著變頻調(diào)速裝置、電弧爐以及各種非線性負(fù)載的電力電子裝置，當(dāng)理想情況下的正弦電壓與這些非線性負(fù)載共同作用時(shí)，產(chǎn)生的電流就會(huì)由正弦波變?yōu)榉钦也?，進(jìn)而在電網(wǎng)的阻抗上產(chǎn)生壓降，最終使得產(chǎn)生的電壓產(chǎn)生了基于頻率倍數(shù)的畸變，也就是“諧波”，在大多數(shù)情況下，產(chǎn)生諧波的非線性負(fù)載會(huì)將產(chǎn)生諧波中所吸收的一部分基波電能轉(zhuǎn)化為諧波電能繼續(xù)在電網(wǎng)中傳播，從而對(duì)電力設(shè)備和通信線路構(gòu)成直接的危害，并且對(duì)電力儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了直接的影響。1.2互感器合成誤差對(duì)電力儀表測(cè)量誤差的影響由于與高電壓、大電流信號(hào)不能直接與小功率的電力儀表相連接，故在高壓供電系統(tǒng)中，高電壓信號(hào)往往先需要按照一定比例轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，再利用電流信號(hào)源器件將這個(gè)信號(hào)傳輸能夠與所用的電力儀表相匹配的小電流、低電壓信號(hào)。而互感器則是基于這個(gè)傳輸過(guò)程所設(shè)計(jì)的，其由一次繞組線圈和次級(jí)繞組線圈共同構(gòu)成，但由于在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，互感器內(nèi)外阻抗的比值會(huì)隨著整個(gè)測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)情況以及電流合成情況產(chǎn)生一定的變化，故會(huì)引起相應(yīng)的幅值誤差和相角誤差兩種誤差。幅值誤差在電力儀表測(cè)量中又被稱為比差，用符號(hào)f表示，其定義為二次側(cè)測(cè)量值按照額定變比折算為一次側(cè)數(shù)值后，減去實(shí)際值所得之差再除以實(shí)際一次側(cè)值的百分比，相角誤差則被稱為角差，定義是二次側(cè)電壓（或電流）相量與一次側(cè)電壓（或電流）相量的相角之差，一次側(cè)相量落后于旋轉(zhuǎn)后的二次側(cè)相量時(shí)，角差取正值，反之取負(fù)。此外，電力儀表測(cè)量的誤差還會(huì)因互感器的作用而受到二次負(fù)載、功率因數(shù)以及頻率等外部因素的影響。1.3人為因素對(duì)電力儀表測(cè)量誤差的影響人為因素造成的電力儀表測(cè)量的不準(zhǔn)確也是引起計(jì)量誤差的重要因素。常見(jiàn)的影響電力儀表測(cè)量誤差的人為因素包括以下幾點(diǎn)：①在電力儀表測(cè)量過(guò)程中碰觸計(jì)量設(shè)備時(shí)，引起電力儀表內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪產(chǎn)生打滑或是測(cè)量指針的震動(dòng)，改變了電力儀表的測(cè)量讀數(shù)；②測(cè)量人員在對(duì)電力儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，未能利用水平儀等設(shè)備對(duì)裝置的水平情況進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)設(shè)備處于傾斜狀態(tài)時(shí)，側(cè)壓力可能會(huì)使得設(shè)備中的轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪力矩發(fā)生改變，造成轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪在軸承中產(chǎn)生微小的位移，進(jìn)而引起測(cè)量誤差；③對(duì)電力儀表所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀數(shù)時(shí)候，因仰讀、俯讀等不當(dāng)操作造成讀數(shù)時(shí)讀數(shù)偏大或是偏小，產(chǎn)生測(cè)量誤差。1.4外界環(huán)境對(duì)電力儀表測(cè)量誤差的影響電力儀表為精密儀器，外界環(huán)境些微的變化勢(shì)必會(huì)影響整個(gè)電力儀表的運(yùn)行情況，進(jìn)而造成測(cè)量誤差超標(biāo)。一般而言，電壓、電流、溫度變化是影響電能計(jì)量誤差的首要因素。由于電力儀表大多是需要連接在電路中進(jìn)行測(cè)量的，故勢(shì)必會(huì)因與外線路的電壓差造成電力儀表中的內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪的變化，導(dǎo)致所測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定偏差。電流亦是如此，當(dāng)流經(jīng)電力儀表中的電流與外線路的電流幅值差較大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些偏差。此外，考慮到電力儀表中的儀器為非線性元件，隨著環(huán)境溫度的不同，這些元件的阻抗或是電感系數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響了電力儀表自身的電流和電壓，造成了溫度附加誤差，引起誤差超標(biāo)。2、電力儀表測(cè)量誤差超標(biāo)的改進(jìn)措施簡(jiǎn)述結(jié)合上述電力儀表測(cè)量誤差超標(biāo)的主要原因，在電能資源的測(cè)量過(guò)程中應(yīng)用電力儀表時(shí)候需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行誤差控制，從而最大限度地對(duì)電力儀表的誤差問(wèn)題進(jìn)行控制與避免，具體可從以下幾個(gè)方面著手。2.1選擇更為完善的電力測(cè)量?jī)x表電力儀表測(cè)量過(guò)程中可考慮在選擇精度較高、測(cè)量穩(wěn)定性較優(yōu)秀、功能較多且能夠與所測(cè)試電路相匹配的電力儀表，從而減小電壓互感器的合成誤差值以及諧波電壓對(duì)電能計(jì)量裝置產(chǎn)生的一系列干擾，也可考慮在壓互感器二次回路中使用導(dǎo)線連接，確保整個(gè)電壓互感器的實(shí)際二次負(fù)荷與二次回路完整，以避免電壓互感器與互感器二次回路的誤差。2.2利用補(bǔ)償裝置完善測(cè)量誤差

相關(guān)測(cè)量員工可考慮在部分電力測(cè)量過(guò)程中使用電壓誤差的補(bǔ)償裝置，通過(guò)對(duì)電壓互感器的倍率與二次回路進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)設(shè)定合適的補(bǔ)償閥值，以保證電力測(cè)量?jī)x表的測(cè)量值的合理性。以電源輸出電壓的補(bǔ)償裝置為例，測(cè)量人員可利用單端反激變換器實(shí)現(xiàn)電源抗干擾與電壓補(bǔ)償，所使用的單端反激變換器具有輸出紋波小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抑制輸入干擾信號(hào)等一系列優(yōu)勢(shì)，可利用濾波功能減少電源噪聲干擾引起的電力儀表測(cè)量誤差。2.3采用屏蔽隔離措施提升測(cè)量精度

屏蔽隔離措施主要運(yùn)用于電力儀表的設(shè)計(jì)階段和使用階段，在設(shè)計(jì)階段中，電力儀表的開(kāi)關(guān)量硬件電路模塊，RS485硬件通信接口模塊等核心構(gòu)建需要與外界進(jìn)行電氣隔離，常用的光電耦合隔離器包括6N137、PC817、5D-11等等，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)模塊和外界環(huán)境的不同選擇合適的隔離設(shè)備。而在測(cè)量階段中，常使用的屏蔽隔離措施則包括儀表的外殼接地、外部電路接地等等，如果所使用的電力儀表的電源為高頻噪聲源變壓器供電，則需要采用5D-11耦合隔離器進(jìn)行高頻信號(hào)屏蔽，避免諧波引起的測(cè)量誤差超標(biāo)。2.4注重電力儀表的正確使用方式

電力儀表在測(cè)量過(guò)程中需要注重接線方式、擺放方式、測(cè)量方式等使用方式的正確性，相關(guān)的電力企業(yè)可考慮組織測(cè)量員工的技能培訓(xùn)，以幫助其進(jìn)一步了解電力儀表的測(cè)量方式，使得因人為因素導(dǎo)致的誤差被充分避免。同時(shí)，在應(yīng)用電力儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，盡可能將裝置置于較合適的環(huán)境中，避免在過(guò)于潮濕/干燥、溫度過(guò)高/過(guò)低等環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，最大限度避免誤差超標(biāo)?？傊?，電力儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，不僅影響了整個(gè)電力企業(yè)在電力市場(chǎng)中獲得的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，更是對(duì)我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施有著至關(guān)重要的影響。相關(guān)的測(cè)量人員需要立足于此，在理論中開(kāi)拓進(jìn)取，在實(shí)踐中開(kāi)拓創(chuàng)新，進(jìn)一步了解電力儀表測(cè)量誤差超標(biāo)的產(chǎn)生原因，并采取針對(duì)性的誤差控制措施，以使得電力儀表測(cè)量的精確性得到有效提升，讓電力儀表能夠?yàn)槲覈?guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益做出更卓越的貢獻(xiàn).

常用電測(cè)儀表測(cè)量誤差分析電測(cè)儀表作為檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，其在操作中會(huì)因各種原因出現(xiàn)誤差，這就會(huì)直接影響到電測(cè)儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性，為此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)電測(cè)儀表測(cè)量誤差的研究與分析，找出出現(xiàn)誤差的原因，對(duì)影響因素進(jìn)行嚴(yán)格的控制，進(jìn)而減少誤差，提升電測(cè)儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性。本文介紹了電測(cè)儀表誤差的分類，并對(duì)電測(cè)儀表測(cè)量誤差影響因素進(jìn)行了分析，提出了有效控制誤差的對(duì)策，為今后電測(cè)儀表更好的控制測(cè)量誤差提供一定的參考。一、電測(cè)儀表的誤差分類（一）隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差具有偶然性，其方向和大小不固定。其具體表現(xiàn)為：在完全相同的條件下，運(yùn)用相同的測(cè)試方法進(jìn)行多次測(cè)量，所觀察到的測(cè)量結(jié)果不同。引起隨機(jī)誤差的根本原因是微觀世界的不確定和劇烈起伏。隨機(jī)誤差不能消除，但可以處理。如采用增加重復(fù)性測(cè)試次數(shù)，然后求取算術(shù)平均值。一般來(lái)說(shuō)，重復(fù)測(cè)量的次數(shù)越多，其算術(shù)平均值越接近真值。系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差具有固定的方向（負(fù)或正）和大小，一般由確定的原因引起。系統(tǒng)誤差可以校正，甚至完全消除。

（三）疏失誤差

疏失誤差是由于工作人員的疏忽，如錯(cuò)誤接線、錯(cuò)誤記錄、錯(cuò)誤讀數(shù)等引起的，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)該堅(jiān)決避免該類誤差的產(chǎn)生。

二、電測(cè)儀表的誤差表示

（一）絕對(duì)誤差

即儀表示值與真值之間的差值。公式為：△絕對(duì)=A示-A真（1）

絕對(duì)誤差特點(diǎn)：①分正負(fù)；②其量綱與被測(cè)量相同。

（二）相對(duì)誤差即絕對(duì)誤差與真值的比值，其沒(méi)有量綱，常用百分比表示。

△相對(duì)=△絕對(duì)/A真×100%≈△絕對(duì)/A示×100%（2）

相對(duì)誤差的優(yōu)勢(shì)：能用于不同測(cè)量方法的比較。舉例：在測(cè)50A電流時(shí)，△1絕對(duì)為“+0.2A”；在測(cè)20A電流時(shí)，△2絕對(duì)為“+0.1A”，從絕對(duì)誤差角度講，△1絕對(duì)大于△2絕對(duì)，但顯然不能就此認(rèn)為測(cè)50A的方法比測(cè)20A的方法的要落后（因?yàn)榘凑`差百分比，前者為0.4%，后者為0.5%，說(shuō)明后者的誤差的相對(duì)影響更大）。工程上常常采用的也是相對(duì)誤差的形式。

（三）引用誤差

主要用來(lái)表征儀表自身的準(zhǔn)確性能。

△引用=△絕對(duì)/A上限×100%（3）

其中，A上限是指儀表測(cè)量上限。引用誤差其實(shí)是測(cè)量上限所對(duì)應(yīng)的相對(duì)誤差。電測(cè)儀表測(cè)量的誤差影響因素分析在實(shí)際的工程應(yīng)用中，測(cè)量工具帶來(lái)的誤差是不可避免的。綜合分析，造成誤差的分析主要由以下幾種：第一，測(cè)量方法不正確。第二，測(cè)量設(shè)備沒(méi)有矯正或有偏差。第三，測(cè)量人員操作不熟練。第四，測(cè)量過(guò)程中有干擾源存在。這些誤差有些是由于測(cè)量系統(tǒng)引起的，有些是偶然因素引起。電測(cè)儀表測(cè)量的誤差影響因素有以下幾點(diǎn)：

（一）儀表本身誤差儀表本身的機(jī)械性能或電器結(jié)構(gòu)不完善往往會(huì)造成儀表本身的誤差。例如，在使用儀表之前，沒(méi)有進(jìn)行其進(jìn)行詳細(xì)的校正，因?yàn)橛械膬x表由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用，零點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移，刻度的劃分不清晰等。電測(cè)儀表在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，不同的操作環(huán)境所使用的檢測(cè)儀表也不同，而在實(shí)際的操作中，操作人員往往不會(huì)根據(jù)操作環(huán)境去選擇合適的檢測(cè)儀表，這也使得檢測(cè)儀表無(wú)法最大化的發(fā)揮其最用，導(dǎo)致最終的檢測(cè)誤差增大。儀表使用誤差使用誤差是指在使用過(guò)程中由試驗(yàn)人員操作不當(dāng)造成的。在安裝時(shí)，對(duì)儀表放置，調(diào)節(jié)，或者是安裝都要符合儀器的使用規(guī)范。不當(dāng)?shù)牟僮鲿?huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生不定方向的偏差。例如分光光度計(jì)在使用之前要預(yù)熱半個(gè)小時(shí)，如果沒(méi)有預(yù)熱的話可能會(huì)導(dǎo)致誤差的形成。如果在操作過(guò)程中使用了不完善或者不合理的檢測(cè)方法，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法有效地消除誤差或者產(chǎn)生新的誤差，甚至得出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。儀表人為誤差人為誤差通常是由于測(cè)量者本身造成的。這種誤差往往能夠避免，大多數(shù)都是由于操作者的粗心大意而引起的，或者是操作不當(dāng)引起的。例如，沒(méi)有按照正確的方向讀數(shù)，使用時(shí)姿勢(shì)不正確等。操作人員的不同也會(huì)使得檢測(cè)結(jié)果大相徑庭，由于不同的操作人員其個(gè)人能力也不盡相同，對(duì)于那些經(jīng)驗(yàn)不足且沒(méi)有過(guò)硬檢測(cè)技術(shù)的操作人員來(lái)說(shuō)，他們無(wú)法按照規(guī)定的要求來(lái)展開(kāi)檢測(cè)工作，因而其檢測(cè)的準(zhǔn)確度也較低，難以保證電測(cè)儀表檢測(cè)的數(shù)據(jù)的真實(shí)性。（四）儀表環(huán)境誤差環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響是很明顯的，尤其是對(duì)一些高精度的儀表。外界環(huán)境通常包括有溫度、濕度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波等。不同的測(cè)量?jī)x器對(duì)應(yīng)的敏感因素不相同。例如某些測(cè)定儀在使用過(guò)程中，一定要保證環(huán)境在較干燥的環(huán)境中，環(huán)境濕度太大或者波動(dòng)會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，比如超聲波流量計(jì)在安裝使用時(shí)，如果外測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)存大較為嚴(yán)重的聲波干擾，則極有可能對(duì)于測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致測(cè)量無(wú)法進(jìn)行。（五）系統(tǒng)誤差電測(cè)儀表檢測(cè)的系統(tǒng)誤差最為明顯的一個(gè)特點(diǎn)便是其具有一定的規(guī)律性。由于系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)，使得在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，無(wú)法通過(guò)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)次數(shù)的增加而實(shí)現(xiàn)消除或減小誤差，只能通過(guò)對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行深入的分析和評(píng)估，以此來(lái)尋找系統(tǒng)誤差的規(guī)律，并采取相應(yīng)的方法來(lái)減少系統(tǒng)誤差，盡可能地減少系統(tǒng)誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。相對(duì)而言，系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，因而系統(tǒng)誤差能夠較為明白地顯示出實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)之間的偏離程度，且系統(tǒng)誤差的范圍越小，說(shuō)明檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度也越高。四、電測(cè)儀表測(cè)量誤差的消除方法（一）系統(tǒng)誤差的消除

系統(tǒng)誤差是一直存在的，是無(wú)法規(guī)避的，且其形成原因并不是單一的，因而難以通過(guò)增加檢測(cè)次數(shù)的方法來(lái)規(guī)避系統(tǒng)誤差。因此，我們可以通過(guò)對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，研究系統(tǒng)誤差的規(guī)律性，并針對(duì)檢測(cè)方法及檢測(cè)方案進(jìn)行優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)最大限度的減小系統(tǒng)誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。（二）操作人員誤差的消除電測(cè)儀表的測(cè)量工作是由操作人員進(jìn)行操作的，因而操作人員的誤差主要體現(xiàn)在操作人員身上。因此，在開(kāi)展檢測(cè)工作之前，首先要對(duì)操作人員進(jìn)行篩選，應(yīng)盡量選擇有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的操作人員，這樣能夠使得測(cè)量結(jié)果盡可能地接近真實(shí)結(jié)果，需要加強(qiáng)對(duì)測(cè)量者進(jìn)行技能培訓(xùn)，提高其測(cè)量素質(zhì)和責(zé)任心，增強(qiáng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)操作人員應(yīng)當(dāng)做好檢測(cè)記錄的統(tǒng)計(jì)工作，以便于在出現(xiàn)問(wèn)題后能夠及時(shí)尋找并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的原因，以及在檢測(cè)過(guò)程中存在的不足之處，這樣才有利于做好對(duì)測(cè)量誤差的控制。（三）檢測(cè)儀表誤差的消除在開(kāi)展測(cè)量工作之前，應(yīng)當(dāng)做好對(duì)檢測(cè)儀表的檢查工作，并確認(rèn)檢測(cè)儀表的測(cè)量精度，對(duì)于檢查不合格的檢測(cè)儀表應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換，以防止測(cè)量誤差的增大，在使用之前對(duì)其校正進(jìn)行修正，及時(shí)更換部分設(shè)備，同一試驗(yàn)的多次測(cè)量進(jìn)行求平均值，以減少誤差的出現(xiàn)。與此同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行充分了解，并針對(duì)不同的環(huán)境選擇合適的檢測(cè)儀表，以盡可能地減少檢測(cè)儀表誤差。（四）檢測(cè)方法誤差的消除檢測(cè)方法的選擇對(duì)于消除測(cè)量誤差起到