高精度装置在测量过程中的误差分析与应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

随着电网的发展测量数据的精确度在电网的稳定运行中尤其重要。计量的准确性需要高精度的测量方式来保证.0.1级、0.05级各种高精度的测量装置在河南电网和电厂的应用越来越多，近年来在河南供电公司运用最多的高精度测量装置有交流采样与变送 器检 定装置 、三用表检定装置 、万用表检定装 置 、电压监测仪检定装置等等 ，由于这些高精度的测量装置本身的误差范围很小 ，在现实的使用过程中往往使用者会忽略其它因素对装置造成的误差影响.使使用者在不知情的情况下错误的计算了误差，错误的评价被测表计的状况，因此应注意高精度装置在测量过程中误差产生的原因及避免这些误差的措施。

1误差分析与措施1.1 电压源输出测量误差河南电力公司测量高精度的直流电压使用的测量装置常见的输出方式为两孑L输出。随着精度的提高 ，对于0.05级的多采用四孔输出方式，在使用装置 的电压输 出测量功能时装置的源内阻 以及引线电阻、接触端子产生的引线电阻会与被检表内阻等对电压诬 破穗I电庄最置 岛广口 r-1 l震中 岛 I r-]图 1电压源输 出误差来源电路图直流电压带来测量误差 。误差的来源电路图如图 1。

Vs：理想的被测源电压Rs：电压源内阻Rx：引线电阻和接线电阻之和R：被测 电压表内阻误差(%)( 2 Rx)/Rx 100%当被检电压表量程越低， 越小，所引起的误差就越大。因此我们建议采用四端电压法检测电压表 (特别是当量程低于 100V或者被测表负载较大时)，这样可以大大的减少误差。

1.2 电压负载误差在使用装置电压功能测量时，装置的输入阻抗不是无穷大 ，所 以会对直流电压带来测量误差 ，误差来源电路图如图2。

2012年第3期 冀惠花等：高精度装置在测量过程中的误差分析与应用图 2 电压 负载误差来源电路图Vs：理想的被测源电压Rs：被测源内阻：标准装置等效阻抗误差(%)Rs/(RiRs)×100%1.3 电流负载误差由于标准装置的高精度直流测试系统输入阻抗可等效为-个电感、电容及-个电阻的结合体。

因此同直流电压-样会产生负载误差 .不过影响已经非常校1.4 工频干扰误差对 于高 精度 测量装 置可 以采样合 理布局 、屏蔽、和带阻滤波器的技术来进行噪声抑制的方式减少工频干扰的误差。

1.5共模干扰和差模干扰共模干扰和差模干扰是 电子 、电气产品上重要 的干扰之-，它们可以对周围产品的稳定性产生严重的影 响。在对某些 电子、电气产 品进行 电磁兼容性设计和i见0试的过程中。由于对各种电磁干扰采取的抑制措施不当而造成产品在进行电磁兼容检测时超标 ，从而造成了大量人力、财力的浪费，所以在电气产品的设计过程中采取相应的抗干扰技术十分重要，也有利于提高产品的电磁兼容性。

图 3 共模干扰和差模干扰共模干扰和差模 干扰在电子、电气设备 的影响可以用图3来表示，其中把相线 L与地 E和中线 N与地 E间存在的电磁干扰信号称为共模干扰信号，即图中的电压 U1，U2对 L、N线而言 ，共模干扰信号可视为在 L线和 N线上传输 的电位相等 。相位相同的噪声信号。把 L线和N线之间存在的干扰信号称作差模干扰信号，也可把它视为在 L线和N线上有 180。相位的共模干扰信号，对于任何电源系统的传导干扰信号。都可用共模和差模干扰信号来表示。并且可把 L-E和 N-E上的共模干扰信号、L-N上的差模干扰信号看作独立的骚扰源，把 L-E N-E和L.N看作独立的网络端口，以便于分析信号和处理有关的滤波网络。

干扰产生的原因主要有：(1)由于电路 的不平衡性 ，相 同的共模 电压会在信号线和信号地线上产生不同幅度的共模电流。

(2)共模电流会产生很强的辐射 ，对周围的电路形成辐射性干扰。

差模干扰和共模干扰的抑制(1)在高精度装置的产品设计过程中，合理的电路布局、良好的接地系统能增强产品的抗干扰能力，对某些电子、电气产品进行传导抗扰度测试表明，合理的布局，对关键电路的处理能有效保护敏感元器件不受电磁干扰的影响。增强产品的抗干扰能力。对接地系统的正确选择 。不但可以减少产品内部高、低频电路的相互影响。还能减少地环路的干扰，抑制来自信号线或电源线的差模干扰。关于产品的接地 。从电路参考点的角度考虑可分为单点接地、多点接地和混合接地三种 。

(2)对于差模干扰，减少干扰的方法是在信号线和电源线上串联差模扼流圈、并联 电容或用电容或电感组成低通滤波器 ，来减少高额的噪声 ，来阻止干扰电流流入电路。对于共模干扰，减少干扰的方法是在信号线或电源线中串联共模扼流圈，在地与导线之间并联电容器，组成 LC滤波器进行滤波，滤去共模噪声 。

(3)当高精度装置的输入黑端相对于地有-定的电压时就会产生误差造成不必要共模电压 。最常见的状况是校准器的输出”倒 ”接到系统上。理论上说 ，系统应该不管信号源如何连接，读数都会相同，但是系统和信号源的任何效应都会打破这种理想状况。由于输入黑端和地之间存在有电容。信号源会因为输入方式不同，感觉到不同的负载。共模误差的大型信号源对这个负载的反应有关。由于到地杂散电容的轻微差异，系统的测量电路虽然经过层层防护，但是对于倒接输入的反应仍会不同。

使用 时应 注意被测信号源与仪表输 入引线的屏 蔽与接地 ，以减少共模干扰的影响。

1.6 电磁回路引起的噪声如果您在磁场附近进行测量.您必须采取某些必要的措施，避免在测量接线时产生感应电压 ，尤12 河 南 电 力 2012年第 3期其有时在靠近大电流导体工作时，要格外小心。您可以将双绞线接到数字表上，以减少噪声产生的回路区域和旧能将测试引线的两端靠的越近越好。

测试导线松脱或震动 ，均会产生误差电压。在磁场附近操作时 ，您必须确定测试引线 已经稳稳地接在- 起 ，而且可能的话 ，可以利用屏蔽材料或隔离来减少产生问题的磁场源。

1.7 不同量程的测量误差高精度测量时在选用量程上应注意被测量的范围。因为高精度的装置输出误差是根据输出量程的引用误差来计算的，因此应首先了解被测表计的量程 ～装置的量程设置到可用的最低量程上来使用。例如 ：对于用 DK-34B1(多功能交流采样变送器校验装置)校验 100V电压量程时标准装置有 3个输出量程可以使用：IOOV、220V、380v，标准装置的准确度 为 0.05%RG(RG为满量程)，则 三个量程在1o0V点所对应的误差范 围分别为 ：±O.05V、±0.11V、±0.19V。由此可以看出只有在 100V的量程范围内测量误差最小 ，最准确。

1.8 温度系数的影响温度系数是材料的物理属性随着温度变化而变化的速率 ，材料的部分属性会随着温度的变化而发生变化，如电阻温度系数、电压温度系数、热导率温度系数等。温度系数-般可通过实验来测出。实验证明.绝大多数的金属材料的电阻率温度系数都约等于千分之 4左右。少数金属材料的电阻率温度系数极小，就成为制造精密电阻的选材，例如：康铜、锰铜等。

高精度测量 时选 用的标 准设备必须经过充分的预热，当环境温度发生显著的变化时，内部电路如运放、A/D等内部偏压会产生变化，并 由此产生温度漂移而带来附加误差 。有 自校键 的也可以按 自校键来减少误差 。

2 怎样计算总测量误差龟高精度测量装置的误差表示形式-般为 ：读数的%量程的%。除了读数误差和量程误差外还必须加入某些操作条件造成的额外误差。这时需要检查给定的功能所包含的测量误差，同时也要检查测量的条件如温度的要求等。例如-般规定的工作温度为 23℃±5C，实际工作温度如果超出范围就应加上额外的温度系数误差。再例如超出给定的交流纹波范围就应额外加上交流纹波引来的误差。

读数的%”误差的含义读数误差是用来补偿选定功能和量程或输入信号电平所造成的不准确。读数误差会根据选定的量程上的电平而改变，这种误差是以读数的百分比来表示的。

量程的%”误差的含义量程误差是用来补偿选定功能和量程所造成的不准确。量程误差为- 固定误差 ，不 因输入信号的大小而改变，这是以量程的百分比来表示的。

测量误差 的总和在额定的条件下读数误差和量程误差相加就是测量误差的总和。

误差计算实例：(1)对于 TDM.B高精度直流测试系统中假定电压表的量程为 100V，输入信号为60V，计算测量误差的总和(读数的0.012%量程的O.008%)读数误差 0.012%60V7.2mV量程的误差 O.008%x 100V8mV误差总和 4-(72mV8mV)152mV--Q015%xl00V(2)对于 DK-34F1 l多功能三相电测量仪表检验装置假定电压表的量程为 100V.输入信号为60V.DK-34F1 1使用 的量程为 150V计算测量误差的总和(输出准确度为0.05RG)误 差 总 和 ±(O.05%X 15OV )±(O.05% X150V)±0.075V3结束语我们在分析和研究误差时的目的并不是要消除它，也不是使它小到不能再小，因为这是不可能的而且这不-定必要 .因为这要花费大量的人力和物力。研究误差的 目的是 ：在-定 的条件下得到更接进于真实值的最佳测量结果；确定结果的不确定程度 ；据预先所需结果 ，选择合理的实验仪器 、实验条件和方法 ，以降低成本和缩短实验时间。并且要充分认识到以下几点 ：(1)影响计量标准的测量准确度 的因素多 ，原 因复杂 ，应 多方面评定使用 时的各个环节。(2)从设计、制造、使用、维护，每-环节都相辅相成.从设备的设计到维护也与经济性相关.因此应多方面综和性的考虑。