浅析仪器仪表的精度

测量所能达到的精度是选择仪器仪表的重要指标，下面小编就为大家详细的讲述几种不同情况下，误差的产生、计算、标定的方法。希望能够帮助您选择合适的仪器仪表。

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测量误差的定义

测量误差为测量结果减去被测量的真值的差，简称误差。因为真值（也称理论值）无法准确得到，实际上用的都是约定真值，约定真值需以测量不确定度来表征其所处的范围，因此测量误差实际上无法准确得到。

测量不确定度：表明合理赋予被测量之值的分散性，它与人们对被测量的认识程度有关，是通过分析和评定得到的一个区间。

测量误差：是表明测量结果偏离真值的差值，它客观存在但人们无法确定得到。

例如：测量结果可能非常接近真值（即误差很小），但由于认识不足，人们赋予的值却落在一个较大区域内（即测量不确定度较大）；也可能实际上测量误差较大，但由于分析估计不足，使给出的不确定度偏小。因此在评定测量不确定度时应充分考虑各种影响因素，并对不确定度的评定进行必要的验证。

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误差的产生

误差分为随机误差与系统误差。

误差可表示为：误差=测量结果-真值=随机误差+系统误差

因此任意一个误差均可分解为系统误差和随机误差的代数和系统误差：

系统误差：由于测量工具（或测量仪器）本身固有误差、测量原理或测量方法本身理论的缺陷、实验操作及实验人员本身心理生理条件的制约而带来的测量误差。

系统误差的特点是在相同测量条件下、重复测量所得测量结果总是偏大或偏小，且误差数值一定或按一定规律变化。减小系统误差的方法通常可以改变测量工具或测量方法，还可以对测量结果考虑修正值。

随机误差：随机误差又叫偶然误差，即使在完全消除系统误差这种理想情况下，多次重复测量同一测量对象，仍会由于各种偶然的、无法预测的不确定因素干扰而产生测量误差，称为随机误差。

随机误差的特点是对同一测量对象多次重复测量，所得测量结果的误差呈现无规则涨落，既可能为正（测量结果偏大），也可能为负（测量结果偏小），且误差绝对值起伏无规则。但误差的分布服从统计规律，表现出以下三个特点：

单峰性，即误差小的多于误差大的；

对称性，即正误差与负误差概率相等；

有界性，即误差很大的概率几乎为零。

从随机误差分布规律可知，增加测量次数，并按统计理论对测量结果进行处理可以减小随机误差。

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用同一测量工具与方法在同一条件下多次测量，如果测量值随机误差小，即每次测量结果涨落小，说明测量重复性好，称为测量精密度好也称稳定度好，因此，测量偶然误差的大小反映了测量的精密度。

根据误差理论可知，当测量次数无限增多的情况下，可以使随机误差趋于零，而获得的测量结果与真值偏离程度——测量准确度，将从根本上取决于系统误差的大小，因而系统误差大小反映了测量可能达到的准确程度。

精确度是测量的准确度与精密度的总称，在实际测量中，影响精确度的可能主要是系统误差，也可能主要是随机误差，当然也可能两者对测量精确度影响都不可忽略。在某些测量仪器中，常用精度这一概念，实际上包括了系统误差与随机误差两个方面，例如常用的仪表就常以精度划分仪表等级。

仪表精确度简称精度，又称准确度。精确度和误差可以说是孪生兄弟，因为有误差的存在，才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表示。

仪表精确度不仅和绝对误差有关，而且和仪表的测量范围有关。绝对误差大，相对百分误差就大，仪表精确度就低。如果绝对误差相同的两台仪表，其测量范围不同，那么测量范围大的仪表相对百分误差就小，仪表精确度就高。精确度是仪表很重要的一个质量指标，常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和%。按国家统一规定划分的等级有0.05，0.02，0.1，0.2，1.5等。数字越小，说明仪器仪表的精确度越高。

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在实际应用过程中，要根据测量的实际情况来选择仪器的量程和精度，并不一定精度等级小的仪器，就一定有最好的测量效果。以万用表的应用为例，采用准确度不同的万用表测量同一个电压所产生的误差。

例如：有一个10V标准电压，用100V挡、0.5级和15V挡、2.5级的两块万用表测量，问哪块表测量误差小？

解：第一块表测的最大绝对允许误差

△X1=±0.5％×100V=±0.50V。

第二块表测的最大绝对允许误差

△X2=±2.5％×15V=±0.375V。

比较△X1和△X2可以看出：虽然第一块表准确度比第二块表准确度高，但用第一块表测量所产生的误差却比第二块表测量所产生的误差大。因此，可以看出，在选用仪器仪表时，并非准确度越高越好。还要选用合适的量程。只有正确选择量程，才能发挥其潜在的准确度。

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精度的标定方法

除了国家统一规定的等级外，随着电子技术的广泛应用，根据性能的不同，还有如下几种精度标定方法

1.显示值±X：

在电子显示仪器中应用，表示在当前显示值的最低位上，有X个字的误差。若显示值为Y，误差△X=X/Y×100%

2.显示值的X%：

在电子显示仪器仪表中应用，表示当前显示值的X%为当前的误差范围。若显示值为Y误差△X=X%，误差值为±X%×Y

3.分段量程标定：

应用于宽量程仪器，仪器在不同的测量区间内，采用不同的误差标定方法，例如在测量0.01~1伏电压时，误差为5%，在测1~10伏电压时，误差为1%就是分段标定方法，应用分段标定仪器时，一定要选择好合适的量程，并认真的查看该量程的误差计算和标定方法。

4.数学模型式的误差标定：

给出仪表的误差计算公式F（X），根据仪表当前的测量结果Y和其他相关条件带入公式，计算出当前误差△X=F（Y）。这种方法测得的误差结果和测量值的对应关系多为曲线，由于这种方法各点误差不同，应用时应格外注意，认真的计算。

由上面的条件不难得出，针对不同的测量值，不同的误差标定方法对结果的实际测量精度是不同的。选择的时候，要针对测量情况和使用仪器在测量点的允许误差具体分析，并不一定低等级的仪器仪表就会有最好的测量效果。要根据具体情况选择合适的仪器仪表和量程，这样才能最大限度的减少测量的误差。

仪器仪表行业特点及竞争格局分析

1 、电工仪器仪表行业发展概况

电工仪器仪表是以电磁测量与控制技术为基础，以现代电子技术、现代信息处理技术为手段，结合现代测控技术的基础性、普遍性性质，研究各类静态和动态的、直接或间接的电磁参量测量与控制仪器仪表及系统为主体的一门工程性学科，是仪器科学与技术学科的重要分支，并形成了电工仪器仪表行业。

相关报告：北京普华有策信息咨询有限公司《仪器仪表行业深度调查及投资前景预测研究报告》

我国电工仪器仪表行业经过五十多年的发展已经形成了门类齐全，具有较强科研实力，较大生产规模的产业集群。根据中国仪器仪表行业协会统计，我国电工仪器仪表行业内现有骨干企业 700 余家，员工 16 万多人，产销能力超过 2.00 亿台，工业总产值 290.00 亿元人民币以上业内企业大都拥有自主知识产权，是国产率较高的行业之一；生产的电表产品出口率超过 15.00%，是一个具有极强国际竞争力的行业。电工仪器仪表行业服务范围涉及到国民经济与国防建设的各个领域，主要市场包括：电力、冶金、交通、矿山、石油化工、轻工机械等行业，以及教育、科学试验、军事工程、宇航技术、医疗卫生、环境保护、标准计量等领域。电力系统的需求量约占电工仪器仪表产品市场的 80.00%以上，对电工仪器仪表产品的需求起着决定性作用，特别是 2009 年国家电网公司全面启动统一坚强智能电网建设以来，作为连接电网与用户的重要节点，智能电能表的作用举足轻重，成为实现智能电网“信息化、自动化、互动化”特征基础的关键环节和先行者，实施统一招投标，政策的改变，直接影响了电能表行业的发展空间及走向，对中国电能表产业的推动，具有极其重要的意义。

2 、行业特点

仪器仪表市场增速放缓。随着国际经济环境的持续恶化以及中国经济的发展速度趋缓，如钢铁、水泥、玻璃等产业出现的产能过剩，风电、太阳能、轨道交通等领域相继暴露出的种种问题，致使仪器仪表制造行业也开始呈现出降温趋势。

行业没有如其他机械行业一般的产能过剩问题，行业总体上的发展情况相对健康。行业本身产销的增幅大于进口的增幅，中资企业的增幅大于三资企业的增幅，出口增幅大于进口增幅，新产品和中高档产品的增幅大于一般产品增幅；服务业务增幅大于制造业务增幅。在全球经济依然疲软、中国机械行业尚未摆脱危机的当下，仪器仪表行业能取得这样的成就已实属难得。

智能仪表成市场新亮点。从仪器仪表技术的发展趋势来看，仪器仪表的智能化是仪器仪表发展中不可逆转的趋势，数字技术在仪表中的应用不但使其性能、精度得到了快速的提升，而且伴随现场总线的问世，为仪器仪表的更新换代、产品升级以及实现进一步的高精度、高性能（特别是多参数在线实时测控与自动测控，高稳定、高可靠、高适应性、多功能、低消耗等）提供了巨大动力和发展空间，让智能仪表的信息交换更为迅捷，预诊断、预维护等功能成为现实。智能仪表作为智能仪器之一，目前已不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合的产物。近年来，智能仪表已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展，使其功能向更高层次发展。

3、有利因素

（1）国家政策拉动

近年来，我国智能电网建设的投资规模始终维持高位，我国政府及电力部门近些年来又陆续出台了“一户一表”、“分时电价”等多项与电能表行业发展相关的政策和实施城农网改造、西电东送、防窃电改造等战略性工程，极大地拉动了电能表市场需求，对电能表行业产销规模的扩大与市场运行格局都产生了实质性影响。

（2）智能电表需求扩大

近年来，伴随着我国经济发展，用电需求量不断扩大，电力资源的浪费和短缺情况日益严峻。优化电网运行方式，提高电能利用率，实现节能降耗已成为我国电力行业发展的重要方向。目前我国电力行业节能降耗的一个重要途径是提高“电力需求侧管理”的技术与水平，只有对电力需求进行精确采集、计量与实时监控、分析，并对负荷进行控制，才能达到良好的节能减排效果。我国陆续发布了与电力需求侧管理相关的政策，如《国家发展改革委关于运用价格杠杆调节电力供求促进合理用电有关问题的通知》、《国家发改委关于加强用电侧管理的通知》、《国家电网公司关于加强电力需求侧管理的实施办法》等规章中都提出了要求各地电力公司采用先进的电力需求侧管理设备和技术。国家节能降耗政策要求电力行业提高电力需求侧管理水平，这必将带动高性能电能表、智能电能表、用电信息采集系统及终端产品等电能计量、监测、分析产品的需求。

（3）国际市场需求旺盛

与我国一样，世界各国近年来都在进行智能电网的建设。但目前全球智能电能表的存量规模较小，随着各国智能电网建设不断推进，智能电能表的市场需求规模将迅速扩大。因此，全球智能电网建设（包括我国智能电网建设）将形成广阔的智能电能表市场，为我国电能表行业带来巨大的发展空间。

4、行业竞争格局

（1）国际市场竞争格局

世界各国近年来都在进行智能电网的建设。随着各国智能电网建设不断推进，智能电能表的市场需求规模将迅速扩大，但目前全球智能电能表的存量规模较小，无法满足国际智能电网的建设。我国是电能表生产大国，电工仪器仪表是国内仪器仪表行业中唯一进口较少且还有一定批量出口的产品，目前我国感应式电能表，电子式电能表和智能化电能表等主要产品都已经达到或者接近发达国家技术水平，生产和研发能力也已经能够满足国际市场的不同需求，而且价格优势明显，在国际市场上具有相当强的竞争力，我国的智能电表出口额连续多年排名世界榜首。

（2）国内市场竞争格局

我国电能表行业经过多年发展，市场化程度较高，行业内企业数量较多，但面向全国区域进行销售、综合竞争实力较强、经营规模较大的生产企业却相对较少，大部分电能表生产企业的产品销售具有明显的区域性，经营规模较小，市场竞争能力较弱。由于我国各地经济发展状况和地理条件存在很大不同，导致各地电力公司对电能表具体产品选择和技术标准也有很大区别，部分规模较小的电能表生产企业利用本地化优势，也能占有一定的市场份额。

为加快建设全国统一智能电网，国家电网公司组织编制了智能电能表系列标准，并提出未来将大规模推广使用智能电能表，现有电能表产品也将逐步更换为智能电能表。同时，国家电网公司对智能电能表实施集中规模招标采购，对投标企业提出了较高的资质要求，提高了行业准入门槛，带来了电能表行业竞争格局的改变；行业内生产规模小、市场竞争能力弱的电能表生产企业将面临淘汰，行业龙头企业凭借先进的技术创新能力、丰富的产品质量控制经验、以及规模化生产的低成本优势，将获得更大的市场份额。

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