** 电 机 学 院 实 验 报 告 课程名称 电路实验 实验项目 电工测量与指示仪表的基本知识 姓名 学号 班级 电气1611 组别 同组者 实验日期 指导教师 成绩 一． 实验目的 1． 掌握系统误差和随机误差的概念 2． 学会分析系统误差和随机误差的方法 二． 实验原理与说明 （一） 测量方法 根据获得测量结果的方法不同，测量可以分为两大类：直接测量和间接测量。
1． 直接测量法 直接测量法是指被测量与其单位量作比较，被测量的大小可以直接从测量的结果得出。例如：用电压表测量电压，读数即为被测电压值，这就是直接测量法。
直接测量法又分直接读数法和比较法两种。
上述用电压表测量电压，就是直接读数法，被测量可直接从指针指示的表面刻度读出。这种测量方法的设备简单，操作方便，但其准确度较低，测量误差主要来源于仪表本身的误差，误差最小约可达±0.05%。
比较法是指测量时将被测量与标准量进行比较，通过比较确定被测量的值。例如用电位差计测量电压源的电压，就是将被测电压源的电压与已知标准电压源的电压相比较，并从指零仪表确定其作用互相抵消后，即可以刻度盘读得被测电压源的电压值。比较法的优点是准确度和灵敏度都比较高，测量误差主要决定于标准量的精度和指零仪表的灵敏度，误差最小约可达±0.001%，比较法的缺点是设备复杂，价格昂贵，操作麻烦，仅适用于较精密的测量。
2． 间接测量法 间接测量法是指测量时测出与被测量有关的量，然后通过被测量与这些量的关系式，计算得出被测量。例如用伏安法测量电阻，首先测得被测电阻上的电压和电流，再利用欧姆定律求得被测电阻值。间接测量法的测量误差较大，它是各个测量仪表和各次测量中误差的综合。
（二） 测量误差 测量中，无论采用什么样的仪表、仪器和测量方法，都会使测量结果与被测量的真实值（即实际值或简称真值）之间存在着差异，这就是测量误差。测量误差可分为三类，即系统误差、偶然误差和疏忽误差。
1． 系统误差 系统误差的特点是测量结果总是向某一方向偏离，相对于真实值总是偏大或偏小，具有一定的规律性，根据其产生的原因可分为仪表误差、理论或方法误差及个人误差。
(1) 仪表误差 仪表在规定的正常工作条件下使用（仪表使用在规定的温度、湿度，规定的安置方 式，没有外界电磁场的干扰等），由于仪表本身结构和制造工艺上的不完善所引起的误差，叫做仪表的基本误差。例如仪表偏转轴的磨损，标尺刻度的不准等引起的误差，都是属于基本误差，是仪表本身所固有的。
由于仪表在非正常工作条件下使用而引起的误差，叫仪表的附加误差。例如外界电磁场的干扰所引起的误差，就属于附加误差。
仪表误差有两种表示方法：
① 绝对误差 用仪表测量一个电量时，仪表的指示值Ax与被测量的实际值A0之差，叫绝对误差，用△表示：
△=Ax-A0 式（1—1） 绝对误差的单位与被测量的单位相同。绝对误差在数值上有正负之分。
② 相对误差 用绝对误差无法比较两次不同测量结果的准确性，例如用电流表测量100mA的电流时，绝对误差为+1mA，又若测量10mA电流时，绝对误差为+0.25mA，虽然绝对误差是前者大于后者，但并不能说明后者的测量比前者准确，要使两次测量能够进行比较，必须采用相对误差。
通常把仪表的绝对误差△与被测量的实际值的比值的百分比，叫相对误差，用表示。
×100% 式（1—2） 因为测量值Ax与实际值A0相差不大，故相对误差也可近似表示为：
×100% 式（1—3） 用相对误差分析上述两次测量结果，第一次测量中，被测电流的相对误差为：
×100% = ×100% = +1% 第二次测量中被测电流的相对误差为：
×100% =×100% = +2.5% 从计算结果看出，第一次测量的绝对误差虽大，但相对误差较小，所以第一次测量比第二次测量的结果准确。
(2) 理论误差或方法误差 这是指实验本身所依据的理论和公式的近似性，或者对实验条件及测量方法考虑得不周到带来的系统误差。例如，未考虑仪表内阻对被接入电路的影响而造成的系统误差，就是属于这一类。
(3) 测量者个人因素带来的个人误差 例如测量者反应速度的快慢，分辨能力的高低，个人的固有习惯等，致使读数总是偏大或偏小。
2． 偶然误差 偶然误差是由于某种偶然因素所造成的，其特点是在相同的测量条件下，有时偏大，有时偏小，无规律性。例如，温度、外界电磁场、电源频率的偶然变化，即使采用同一仪表去多次测量同一个量，也会得到不同的结果。
3． 疏忽误差 疏忽误差是指测量结果出现明显的错误，是由于实验者的疏忽造成读错或记错等所引起的误差。
（三）指示仪表 1． 指示仪表的分类 电工测量的指示仪表有多种分类方式，主要类别如下：
(1) 按仪表的电路形式：
① 模拟式（机械式）电工测量指示仪表：这类仪表将被测模拟物理量变换为机械位移（如指针或光标的角位移等），再通过指示器指示出被测物理量的值；
② 数字式电工测量指示仪表：这类仪表将被测模拟物理量通过模-数转换器变换为数字量，再通过数码显示被测物理量的值。
(2) 按仪表测量的物理量：
电流表、电压表、功率表、电度表、兆欧表、转速表等。
(3) 按仪表的工作原理：
磁电系、电磁系、电动系等。
(4) 按仪表测量的电流：
直流表、交流表、交直流两用表等。
(5) 按仪表的准确度等级：
0. 1、0.2、0.5、1.0、1. 5、2. 5、5.0七级。
(6) 按仪表使用的环境温度和湿度：A、B、C三组。
(7) 按仪表防御外磁场干扰能力：I、II、III、IV级。
2． 指示仪表的型号 指示仪表的型号一般标注在仪表表面或刻度盘上，通常由外形尺寸代号、系列代号、用途代号、设计序号等组成。
常用的用途代号：A—电流表，V—电压表，W—功率表；
常用的系列代号：C—磁电系，T—电磁系，D —电动系。
3． 传统指示仪表的表面标记 在电工测量中，应按指示仪表的表面标记正确选用仪表，并符合仪表的正常工作条件。
表2 传统指示仪表的表面标记 三． 实验设备 名称 数量 型号 1． 三相空气开关 1块 32121001 2． 双路可调直流电源 1块 30121046 3． 电阻 2只 1kW*1 15kW*1 4． 万用表(学校自备) 1台 500型 5． 短接桥和连接导线 若干 P8-1和50148 6． 实验用9孔插件方板 1块 297mm × 300mm 四． 实验步骤 1． 图1-1接线，Us用直流稳压电源，取R1=1KW，R2=15KW，测量电路中的电流I1与U1，将数据填入表1-1内。
R1 R1 + 1kW + 1kW Us Us 30v mA I1 30v mA I2 + − R2 + − R2 V 15kW V 15kW − − 图1-1 图1-2 2． 然后改动万用表正表棒按图1-2接线，测量电路中电流I2与U2，且将数据填入表1-1中。
3． 然后再改变万用表正极表棒按图1-1接线，进行步骤1的测量，重复步骤1，步骤2三次，共测得六组数据，分别填入表1-1中。
4． 通过计算，分别得出两个接线图中四个电量I1、U1、I2、U2的平均值，填入表1-2中。
5． 根据式（1-1），式（1-2）计算实验结果的绝对误差，相对误差，并填入表1-2。
表1-1 测量误差实验数据 1 2 3 实际值 图1-1 I1 1.863 1.851 1.840 1.875 U1 27.950 27.777 27.607 28.125 图1-2 I2 1.863 1.851 1.840 1.875 U2 28.131 27.950 29.992 28.125 表1-2 实验数据计算值 平均值 图1-1 I1 U1 1.851 27.778 图1-2 I2 U2 1.851 28.691 分析与讨论 经过测量，发现并联在电阻两端的电压表这种方式测量电阻两端电压值更为精确，因为电流表存在一定的内阻，尽管并不大但是对电压表的示数也会产生一定的变化。