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萬(wàn)用表各擋量程選擇及測(cè)量誤差分析
2015-03-03
用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)帶來(lái)一定的誤差。這些誤差有些是儀表本身的準(zhǔn)確度等級(jí)所允許的最大絕對(duì)誤差。有些是調(diào)整、使用不當(dāng)帶來(lái)的人為誤差。正確了解萬(wàn)用表的特點(diǎn)以及測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因掌握正確的測(cè)量技術(shù)和方法，就可以減小測(cè)量誤差。
人為讀數(shù)誤差是影響測(cè)量精度的原因之一。它是不可避免的但可以盡量減小。因此使用中要特別注意以下幾點(diǎn)：1測(cè)量前要把萬(wàn)用表水平放置進(jìn)行機(jī)械調(diào)零；2讀數(shù)時(shí)眼睛要與指針保持垂直；3測(cè)電阻時(shí)每換一次擋都要進(jìn)行調(diào)零。調(diào)不到零時(shí)要更換新電池；4測(cè)量電阻或高壓時(shí)不能用手捏住表筆的金屬部位以免人體電阻分流增大測(cè)量誤差或觸電；5在測(cè)量RC電路中的電阻時(shí)要切斷電路中的電源并把電容器儲(chǔ)存的電泄放完然后再進(jìn)行測(cè)量。在排除了人為讀數(shù)誤差以后我們對(duì)其他誤差進(jìn)行一些分析。
1．萬(wàn)用表電壓、電流擋量程選擇與測(cè)量誤差
萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度等級(jí)一般分為0．1、0．5、1．5、2．5、5等幾個(gè)等級(jí)。直流電壓、電流，交流電壓、電流等各擋準(zhǔn)確度（精確度）等級(jí)的標(biāo)定是由其最大絕對(duì)允許誤差 △X與所選量程滿(mǎn)度值的百分?jǐn)?shù)表示的。以公式表示：A％=(△X/滿(mǎn)度值)×100％…… 1
(1)采用準(zhǔn)確度不同的萬(wàn)用表測(cè)量同一個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：有一個(gè)10V標(biāo)準(zhǔn)電壓用100V擋、0．5級(jí)和15V擋、2.5級(jí)的兩塊萬(wàn)用表測(cè)量問(wèn)哪塊表測(cè)量誤差小？
解：由1式得：第一塊表測(cè)：最大絕對(duì)允許誤差
△X1=±0.5％×100V=±0．50V。
第二塊表測(cè)：最大絕對(duì)允許誤差
△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。
比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準(zhǔn)確度比第二塊表準(zhǔn)確度高但用第一塊表測(cè)量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測(cè)量所產(chǎn)生的誤差大。因此可以看出在選用萬(wàn)用表時(shí)并非準(zhǔn)確度越高越好。有了準(zhǔn)確度高的萬(wàn)用表還要選用合適的量程。只有正確選擇量程才能發(fā)揮萬(wàn)用表潛在的準(zhǔn)確度。
(2)用一塊萬(wàn)用表的不同量程測(cè)量同一個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬(wàn)用表其準(zhǔn)確度為2．5級(jí)選用100V擋和25V擋測(cè)量一個(gè)23V標(biāo)準(zhǔn)電壓?jiǎn)柲囊粨跽`差��？
解：100V擋最大絕對(duì)允許誤差：
X(100)=±2.5％×100V=±2.5V。
25V擋最大絕對(duì)允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。由上面的解可知：
用100V擋測(cè)量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓在萬(wàn)用表上的示值在20．5V－25．5V之間。用25V擋測(cè)量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓在萬(wàn)用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結(jié)果來(lái)看△X（100）大于△X（25）即100V擋測(cè)量的誤差比25V擋測(cè)量的誤差大得多。因此一塊萬(wàn)用表測(cè)量不同電壓時(shí)用不同量程測(cè)量所產(chǎn)生的誤差是不相同的。在滿(mǎn)足被測(cè)信號(hào)數(shù)值的情況下應(yīng)盡量選用量程小的擋。這樣可以提高測(cè)量的精確度。
(3)用一塊萬(wàn)用表的同一個(gè)量程測(cè)量不同的兩個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬(wàn)用表其準(zhǔn)確度為2.5級(jí)用100V擋測(cè)量一個(gè)20V和80V的標(biāo)準(zhǔn)電壓?jiǎn)柲囊粨跽`差小？
解：最大相對(duì)誤差：△A％=最大絕對(duì)誤差△X/被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電壓調(diào)×100％100V擋的最大絕對(duì)誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。
對(duì)于20V而言其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對(duì)誤差為：A（20）％=(±2.5V/20V)×100％=±12.5％。
對(duì)于80V而言其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對(duì)誤差為：
A（80）％=±(2.5V/80V)×100％=±3.1％。
比較被測(cè)電壓20V和80V的最大相對(duì)誤差可以看出：前者比后者的誤差大的多。因此用一塊萬(wàn)用表的同一個(gè)量程測(cè)量?jī)蓚�(gè)不同電壓的時(shí)候誰(shuí)離滿(mǎn)擋值近誰(shuí)的準(zhǔn)確度就高。所以在測(cè)量電壓時(shí)應(yīng)使被測(cè)電壓指示在萬(wàn)用表量程的2/3以上。只有這樣才能減小測(cè)量誤差。
2．電阻擋的量程選擇與測(cè)量誤差
電阻擋的每一個(gè)量程都可以測(cè)量0～∞的電阻值。歐姆表的標(biāo)尺刻度是非線(xiàn)性、不均勻的倒刻度。是用標(biāo)尺弧長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的。而且各量程的內(nèi)阻等于標(biāo)尺弧長(zhǎng)的中心刻度數(shù)乘倍率稱(chēng)作“中心電阻”。也就是說(shuō)被測(cè)電阻等于所選擋量程的中心電阻時(shí)電路中流過(guò)的電流是滿(mǎn)度電流的一半。指針指示在刻度的中央。其準(zhǔn)確度用下式表示：
R％=(△R/中心電阻)×100％……2
(1)用一塊萬(wàn)用表測(cè)量同一個(gè)電阻時(shí)選用不同的量程所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬(wàn)用表其Rxl0擋的中心電阻為250Ω；R×l00擋的中心電阻為2.5kΩ。準(zhǔn)確度等級(jí)為2.5級(jí)。用它測(cè)一個(gè)500Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻問(wèn)用R×l0擋與R×100擋來(lái)測(cè)量哪個(gè)誤差大？解：由2式得：
R×l0擋最大絕對(duì)允許誤差△R（10）=中心電阻×R％=250Ω×（±2.5）％=±6.25Ω。用它測(cè)量500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻則500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的示值介于493．75Ω～506．25Ω之間。最大相對(duì)誤差為：±6.25÷500Ω×100％=±1.25％。
R×l00擋最大絕對(duì)允許誤差△R（100）=中心電阻×R％2.5kΩ×（±2.5）％=±62.5Ω。用它測(cè)量500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻則500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的示值介于437.5Ω～562.5Ω之間。最大相對(duì)誤差為：±62.5÷500Ω×100％=±10.5％。
由計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明選擇不同的電阻量程，超聲波探傷儀測(cè)量產(chǎn)生的誤差相差很大。因此在選擇擋位量程時(shí)要盡量使被測(cè)電阻值處于量程標(biāo)尺弧長(zhǎng)的中心部位。測(cè)量精度會(huì)高一些。
人為讀數(shù)誤差是影響測(cè)量精度的原因之一。它是不可避免的但可以盡量減小。因此使用中要特別注意以下幾點(diǎn)：1測(cè)量前要把萬(wàn)用表水平放置進(jìn)行機(jī)械調(diào)零；2讀數(shù)時(shí)眼睛要與指針保持垂直；3測(cè)電阻時(shí)每換一次擋都要進(jìn)行調(diào)零。調(diào)不到零時(shí)要更換新電池；4測(cè)量電阻或高壓時(shí)不能用手捏住表筆的金屬部位以免人體電阻分流增大測(cè)量誤差或觸電；5在測(cè)量RC電路中的電阻時(shí)要切斷電路中的電源并把電容器儲(chǔ)存的電泄放完然后再進(jìn)行測(cè)量。在排除了人為讀數(shù)誤差以后我們對(duì)其他誤差進(jìn)行一些分析。
1．萬(wàn)用表電壓、電流擋量程選擇與測(cè)量誤差
萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度等級(jí)一般分為0．1、0．5、1．5、2．5、5等幾個(gè)等級(jí)。直流電壓、電流，交流電壓、電流等各擋準(zhǔn)確度（精確度）等級(jí)的標(biāo)定是由其最大絕對(duì)允許誤差 △X與所選量程滿(mǎn)度值的百分?jǐn)?shù)表示的。以公式表示：A％=(△X/滿(mǎn)度值)×100％…… 1
(1)采用準(zhǔn)確度不同的萬(wàn)用表測(cè)量同一個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：有一個(gè)10V標(biāo)準(zhǔn)電壓用100V擋、0．5級(jí)和15V擋、2.5級(jí)的兩塊萬(wàn)用表測(cè)量問(wèn)哪塊表測(cè)量誤差小？
解：由1式得：第一塊表測(cè)：最大絕對(duì)允許誤差
△X1=±0.5％×100V=±0．50V。
第二塊表測(cè)：最大絕對(duì)允許誤差
△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。
比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準(zhǔn)確度比第二塊表準(zhǔn)確度高但用第一塊表測(cè)量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測(cè)量所產(chǎn)生的誤差大。因此可以看出在選用萬(wàn)用表時(shí)并非準(zhǔn)確度越高越好。有了準(zhǔn)確度高的萬(wàn)用表還要選用合適的量程。只有正確選擇量程才能發(fā)揮萬(wàn)用表潛在的準(zhǔn)確度。
(2)用一塊萬(wàn)用表的不同量程測(cè)量同一個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬(wàn)用表其準(zhǔn)確度為2．5級(jí)選用100V擋和25V擋測(cè)量一個(gè)23V標(biāo)準(zhǔn)電壓?jiǎn)柲囊粨跽`差��？
解：100V擋最大絕對(duì)允許誤差：
X(100)=±2.5％×100V=±2.5V。
25V擋最大絕對(duì)允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。由上面的解可知：
用100V擋測(cè)量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓在萬(wàn)用表上的示值在20．5V－25．5V之間。用25V擋測(cè)量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓在萬(wàn)用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結(jié)果來(lái)看△X（100）大于△X（25）即100V擋測(cè)量的誤差比25V擋測(cè)量的誤差大得多。因此一塊萬(wàn)用表測(cè)量不同電壓時(shí)用不同量程測(cè)量所產(chǎn)生的誤差是不相同的。在滿(mǎn)足被測(cè)信號(hào)數(shù)值的情況下應(yīng)盡量選用量程小的擋。這樣可以提高測(cè)量的精確度。
(3)用一塊萬(wàn)用表的同一個(gè)量程測(cè)量不同的兩個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬(wàn)用表其準(zhǔn)確度為2.5級(jí)用100V擋測(cè)量一個(gè)20V和80V的標(biāo)準(zhǔn)電壓?jiǎn)柲囊粨跽`差小？
解：最大相對(duì)誤差：△A％=最大絕對(duì)誤差△X/被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電壓調(diào)×100％100V擋的最大絕對(duì)誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。
對(duì)于20V而言其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對(duì)誤差為：A（20）％=(±2.5V/20V)×100％=±12.5％。
對(duì)于80V而言其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對(duì)誤差為：
A（80）％=±(2.5V/80V)×100％=±3.1％。
比較被測(cè)電壓20V和80V的最大相對(duì)誤差可以看出：前者比后者的誤差大的多。因此用一塊萬(wàn)用表的同一個(gè)量程測(cè)量?jī)蓚�(gè)不同電壓的時(shí)候誰(shuí)離滿(mǎn)擋值近誰(shuí)的準(zhǔn)確度就高。所以在測(cè)量電壓時(shí)應(yīng)使被測(cè)電壓指示在萬(wàn)用表量程的2/3以上。只有這樣才能減小測(cè)量誤差。
2．電阻擋的量程選擇與測(cè)量誤差
電阻擋的每一個(gè)量程都可以測(cè)量0～∞的電阻值。歐姆表的標(biāo)尺刻度是非線(xiàn)性、不均勻的倒刻度。是用標(biāo)尺弧長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的。而且各量程的內(nèi)阻等于標(biāo)尺弧長(zhǎng)的中心刻度數(shù)乘倍率稱(chēng)作“中心電阻”。也就是說(shuō)被測(cè)電阻等于所選擋量程的中心電阻時(shí)電路中流過(guò)的電流是滿(mǎn)度電流的一半。指針指示在刻度的中央。其準(zhǔn)確度用下式表示：
R％=(△R/中心電阻)×100％……2
(1)用一塊萬(wàn)用表測(cè)量同一個(gè)電阻時(shí)選用不同的量程所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬(wàn)用表其Rxl0擋的中心電阻為250Ω；R×l00擋的中心電阻為2.5kΩ。準(zhǔn)確度等級(jí)為2.5級(jí)。用它測(cè)一個(gè)500Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻問(wèn)用R×l0擋與R×100擋來(lái)測(cè)量哪個(gè)誤差大？解：由2式得：
R×l0擋最大絕對(duì)允許誤差△R（10）=中心電阻×R％=250Ω×（±2.5）％=±6.25Ω。用它測(cè)量500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻則500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的示值介于493．75Ω～506．25Ω之間。最大相對(duì)誤差為：±6.25÷500Ω×100％=±1.25％。
R×l00擋最大絕對(duì)允許誤差△R（100）=中心電阻×R％2.5kΩ×（±2.5）％=±62.5Ω。用它測(cè)量500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻則500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的示值介于437.5Ω～562.5Ω之間。最大相對(duì)誤差為：±62.5÷500Ω×100％=±10.5％。
由計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明選擇不同的電阻量程，超聲波探傷儀測(cè)量產(chǎn)生的誤差相差很大。因此在選擇擋位量程時(shí)要盡量使被測(cè)電阻值處于量程標(biāo)尺弧長(zhǎng)的中心部位。測(cè)量精度會(huì)高一些。
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