1、電磁系儀表在測量中的誤差分析電磁系儀表在測量中的誤差分析, 信息科學 ,劉大偉約 2432 字 摘 要: 通過誤差計算公式確定了影響各種誤差大小的因素，分析了目前電磁系儀表在實際測量中存在的誤差及其產生的原因。提出了在現有條件下如何將電磁系儀表的測量誤差降低到最小的解決方法。 關鍵詞 : 電磁系儀表 ; 誤差分析 ;測量中圖分類號 :TH7 文獻標識碼 : A文章編號 :1002-6908(2007)0610053-011、磁滯誤差電磁系儀表在直流下使用時會產生磁滯誤差，這是電磁系儀表的最主要的誤差。當被測量在上升和下降到同一值時，電表所讀取的兩次讀數不同，則這兩次讀數之差就是磁滯誤差 ( 對

2、鈾尖支承儀表還包括機械變差) 。一般當被測量下降時電表所讀取的數值比被測量上升時為大。當改變被測量的極性時，則變差將會更大。這是由于測量機構中的鐵心及機構附近的鐵磁物質的磁滯作用，即磁化滯后于磁化電流的緣故。由于影響磁滯誤差的因素很多，所以計算磁滯誤差是比較困難的。略去繁雜的推導，磁滯誤差c可按下式計算 : 式中 b- 鐵心材料的磁化回線寬度( 奧)N-鐵心的去磁系數Bmax-鐵心中最大的磁感應強度由上式可知，磁滯誤差與400b,Bmax 有關，即與鐵心的磁性有關，同時也與鐵心去磁系數N即鐵心的形狀及尺寸有關。為了減小磁滯誤差，適當的選擇磁性材料使400b,Bmax 盡可能的小，也就是使鐵心材

3、料的磁滯回線寬度b 盡可能地小，而儀表指針偏轉到上限量時，鐵心中的磁感應 Bma要盡可能地大，并且在磁化曲線的直線段上。總之，就是需要采用低矯頑力 ( 高導磁合金的矯頑力 H0可降到 0.002 奧左右 ) 、飽和磁感應大的導磁材料制做鐵心 ; 另- 方面要將鐵心的形狀尺寸設計成使去磁系數 N 比較大。2、外磁場影響的誤差對于內部磁場較弱的電磁系儀表來說，外磁場影響是很顯著的，尤其是張絲支撐的儀表。為減小它的功率消耗，常常把線圈的安匝數設計得較低，內磁場強度就更弱了，外磁場的影響也更嚴重了。當儀表沒有防護的情況下，其外磁場影響誤差為 :2 在這種情況下，上述誤差是很大的，遠遠超過國家標準中規定

4、之要求，故一般儀表都要加以防護，防護的方式有兩種，即無定位結構和屏蔽結構。下面只講屏蔽結構。磁屏蔽結構就是用鐵磁材料制成的屏蔽將測量機構包圍起來 , 外磁場被磁屏蔽所分路，使透過屏蔽進入測量機構的磁場強度大大減弱。因此，儀表受外界磁場影響而引起的誤差被減小。屏蔽對外磁場的防護能力通常用屏蔽系數Kp 來表示， Ky 是外磁場強度 H 與透過屏蔽作用到測量機構上的外磁場強度分量 Hi 的比值。屏蔽系數 Kp 在理論上是可以計算的，但是往往和實際測量的結果相差很大 , 并不太適用。因此在設計中一般是通過實驗確定屏蔽系數。在用屏蔽時 H 應用 Hi代替，則外磁場影響誤差為 : 由上式可以看出，當外磁場

5、強度為某一定值時 ( 國家標準中規定外磁場強度為 5 奧斯特 ) ，為了減小外磁場影響的誤差，必須增大屏蔽系數或者提高固定線圈產生的內磁場強度。在當前，增大屏蔽系數是有可能的，只要選擇導磁率高的合金，并增加層數，就能提高屏蔽系數。故一般都不采用加大內磁場強度的方法來減小這項誤差。3、 溫度影響的誤差電磁系儀表和其它系列儀表一樣都存在著溫度影響的誤差，其誤差表現在電流表和電壓表上各不相向，所以下面分別分析。1( 電流表的溫度影響誤差 : 當周圍環境溫度變化時，使線圈電阻變化，由于電流表的固定線圈與負載串聯，因而不影響線圈中的電流，對儀表轉動力矩也就沒有影響。但是溫度變化也使游絲或張絲的彈性系數發

6、生變化，因此引起溫度誤差。溫度變化前，電流表的平衡方程是: 當周圍溫度升高時，游絲或張絲的彈性變弱，因此，在同一電流作用下儀表指示值將增大。如果保持原偏轉，則電流應減小I 。將上式兩端取自然對數得: 然后兩邊取微分，因對溫度而言是不變量，微分為零，故可得而-dI,I為溫度誤差 t ,dW,W,B 是產生反作用力矩元件 ( 游絲或張絲 ) 的彈性溫度系數。所以在溫度變化 ?時溫度誤差為 : 由上式可以看出電磁系安培表的溫度誤差與產生反作用力矩的彈性元件的彈性溫度系數有關，選擇 B 小的材料 ( 即所謂恒彈性材料 ) 制造反作用力矩元件，就可以減小電流表的溫度誤差。 2( 電壓表的溫度誤差 : 電

7、磁系電壓表的線路聯接，通常是最簡單的，它沒有可動線圈，只有固定線圈和附加電阻線圈相串聯，其溫度誤差用下式表示為 : 式中 0- 銅電阻部分溫度系數 R0-銅電阻R-線路總電阻電壓表的溫度誤差是由于彈件元件的彈件變化和儀表繞組銅線電阻變化引起電流變化所造成的。由此可知，只要在設計線路時適當的選擇月R0/R 與，使 1/2 和 R00,R 之間相互補償，可以減小電壓表的溫度誤差。4、波形的影響在交流電路中使用的儀表除了受頻率的影響外，還受波形的影響。通常交流儀表是用交流正弦電流或正弦電壓校準的，如果被測量波形不是正弦波形或者是部分的偏離正弦波形，這時儀表將產生測量誤差，這種誤差就叫做波形影響。在電磁系儀表中這個誤差是由鐵心材料的磁化曲線 I,f(B) 非線性關系、渦流損耗以及與頻率有關的阻抗所引起的。電流表的波形誤差主要是由鐵心磁性材料的磁化曲線的非線性引起的，在現代儀表的設計和制造中，一般都力求減少渦流損失，所以這方面的影響是很小的，可以忽略不計。因此，在分析電流表的波形影響時，只考慮鐵心材料磁化曲線的非線性影響。在設計電磁系電流表時適當的選擇鐵心形狀、尺寸及安匝數，可以減少波形影響誤差。電磁系電壓表是由一個毫安表加上一個附加電阻組成，因此，電壓表的波形影響是鐵心材料非線性的影響與波形各次諧波對儀表總阻抗的影響之和，為了減少這個誤差，應盡量使儀表線路的時間常數