电工电子实验中如何减小测量误差
【摘 要】实验是电工与电子技术课程的一个重要环节，学生能否掌握电工电子实验课的技能，会影响其专业技能的等级考核和实际运用。为此本文就误差产生的原因以及减小误差的方法进行了一一阐述。
【关键词】实验；测量；误差；仪器仪表；数据；读取
实验是电工与电子技术课程的一个重要环节，而各种实验数据通常由测量所得，学生在实验测量时吗，测量结果与被测量的实际数值总存在着测量误差，测量数据和理论数据有时相差很大。分析测量误差产生的原因及其减小的方法，有利于学生加深从理论到实践存在差别的理解，在实验中尽量减小误差。
测量中，由于对客观规律认识的局限性，测量用仪器仪表不准确，测量手段不完善，测量条件发生变化及测量工作中的疏忽或错误等原因都会使测量结果与理论数据不同，这个差别就是测量误差。
造成测量误差原因有很多，常见的有：测量设备的缺陷；测量仪器不准；测量仪表的安装与放置和使用不当；电表零点不准；测量环境温度的变化；周围电磁场的影响；测量时使用的方法不完善；所依据的理论不严密或采用了某些近似公式等。其中，由于使用仪器进行测量而产生误差是重要原因之一。怎样进行测量才能减少由此产生的误差呢？
1 仪器仪表的选用
1.1 充分依据测量对象的性质来选择电工仪表。比如被测量对象是直流还是交流，交流量是正弦还是非正弦，是要测有效值、平均值、最大值、还是瞬时值等。这样才能根据需要选择采用何种仪表，从而避免误差。
1.2 在选择仪表进行测量时，仪表内阻应根据测量对象和测量线路的电阻大小来进行选择。如测量电流使用内阻越小越好的电流表，而测量电压使用内阻越大越好的电压表。
1.3 在测量中，要想降低误差，还应该正确选择仪表的量程。如果用小量程仪表测量大电量，仪表很容易被损坏。而用大量程的仪表测量一些小量值，则读数就会不够精确，误差比较大。
1.4 在测量中，选择仪表等级也十分重要，如常用的标准和部分精密测量需要用准确度0.1到0.2级的仪表，而一般的实验测量0.5到1.5级的仪表足够了，工厂生产中测量仪表一般是1.0到5.0级的仪表。
1.5 被测电路的输入或输出阻抗与测量仪器的输入或输出阻抗不匹配也将造成测量误差。
以用数字电压表或测量示波器电路的内部电压为例，当被测电路的输出阻抗为Zm，内部电压为U。用输入阻抗为Zn的数字电压表或示波器测量时，测得的电压为U’。当Zn>>Zm时，U’≈U，此时误差非常小。如果Zn=Zm，U’=U/2，指示值为实际电压的1/2。因此，在这种情况下，必须选择测量仪器的输入阻抗比被测电路的输出阻抗大很多的仪器。
除此之外，在测量过程中，测量仪器、被测电路在接地时应避免多点接地，而采用一点接地方法，以排除接地不当对测量结果的干扰而产生测量误差。如：采用二处接地，工作电流在接地点之间产生感应电压或在各接地点间产生电压，这些原因都会造成测量上的误差。为此，必须采取一点接地措施。
2 测量数据的读取与处理
2.1 直接测量数据的读取
一般情况下，直接测量所得到的数据的误差只用一位数字表示。这时，仪器读数的最后一位是读数误差的所在位。为了减小读数误差，从仪器、仪表上读取数据时，应尽可能地估读到仪器、仪表最小刻度的1/10。有些分度较窄而指针较宽的指针式仪表，可以估读到其指示度盘的最小刻度的1/2或1/5。测量数据的读数位数应与对测量精度要求的位数相适应。恰当的读数位数除与正确地选择仪器、仪表有关，还与正确选择仪器、仪表的量程有关。测量时，指针式仪表的指针偏转应在量程1/3以上的位置。
为了提高测量结果的可靠性和精确度，在相同情况下，应对同一被测量采用较多次数的重复测量。特别是在有干扰影响或在动态测量的时候，仪器、仪表读数的指示装置往往不稳定，在这种情况下，更应读取多次的测量数据，通过求算术平均值的方法，来确定被测量的实验结果，或者在不严格的情况下，读取其指示数值中出现次数最多的数据作为测量的结果。
2.2 实验曲线测量数据的读取
在分析两个（或多个）物理量之间的关系时，用曲线比用数字、公式表示常常更形象和直观。因此，测量结果常要用曲线表示。为了使测量数据能充分、正确地体现被测量间关系变化的客观规律，在读取实验数据时，在曲线变化比较缓慢或线性变化区，可少取数据点；在曲线变化剧烈的部分要多取数据点，曲线上极值点和拐点处的数据要完整。为了便于测量，在读取数据前，首先应仔细观察随自变量变化的曲线形状，对变化关系复杂的曲线，可先根据观察的数据画出曲线的大致形状，标出其特殊点的数据，以备精确测量数据时作参考。然后，根据被测曲线的变化特征列表，读取测量数据，这样可以提高测量的速度和精度。
2.3 测量数据的有效数字
实验中所得测量数据或由计算所得测量结果，从第一个非零数字算起，到误差最低位所对应的那位数字为止的全部数字，在测量上称为有效数字。有效数字通常由可靠数字和欠准数字两部分组成。例如：由电流表测得电流为25.3mA，这是个近似数，25是可靠数字，而末位3为欠准数字，即25.3为三位有效数字。有效数字对测量结果的科学表述极为重要。对有效数字的正确表示，应注意以下几点：
1）与计量单位有关的“0”不是有效数字，例如：0.032A与32mA这两种写法均为两位有效数字。
2）小数点后面的“0”不能随意省略，例如：14mA与14.00mA是有区别的，前者为二位有效数字，后者是四位有效数字。
3）对已知误差，则有效数字的位数应与误差所在位相一致。即：有效数字的最后一位应与误差所在位对齐。如：仪表误差为±0.05，测得数为5.3274V，其结果应写作5.32V。因为小数点后面的第二位“2”所在位已经产生了误差，所以从小数点后面的第三位开始后面的“74”已经没有意义了，写结果时应舍去。
总之，测量的内容极其广泛、繁杂，并且在不断充实、更新。同学们在电工电子实验中要掌握其基本原理、方法，提高分析、归纳、推理、观察、操作的能力，培养严格的科学态度和科学的工作方法。
【参考文献】
[1]贺令辉.电工仪表与测量[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2]余洁.检测技术与仪器[M].北京：清华大学出版社，2004.
[责任编辑：王迎迎]