CN102253258A - 交直流电流校准源 - Google Patents

Abstract

一种交直流电流校准源涉及一种应用于电流表检定﹑科研测试中的交直流电流校准源，由输入设备、控制电路、信号变换电路﹑功率放大电路﹑采样反馈电路及显示电路组成，由输入设备将输入信号输入至控制电路，控制电路的输出信号经信号变换电路送至功率放大电路，功率放大电路的输出信号分成两路，其中一路信号送至采样反馈电路，另一路信号输出至显示电路；本实用新型输出功率大﹑稳定度高，显示精度高，操作方便。

Description

交直流电流校准源

技术领域

本发明涉及一种应用于电流表检定﹑科研测试中的交直流电流校准源。 

背景技术

电流量值作为电能源的一个重要参数﹑电学计量的基本量，广泛应用于电镀﹑电冶﹑电机制造及检修﹑电池及电气机车﹑航空甚至航天等领域。交直流电流量值从几安﹑几十安至几百安﹑几千安甚至上万安培。对这些交直流电流量值的准确计量，直接关系到系统运行效果、关系产品质量，甚至关系到整个系统的成败。 

我国省市级﹑大中型企业及国防工业的电流量值传递/溯源系统大量使用的是六十年代的XF型装置和进口的FLUKE等标准源和数字仪表。这些装置的共同点是量程小﹑交流参量及扩频后的测量精度低，已不能满足国民经济﹑国防事业和仪表技术发展的需要，因此研制10A以上大电流量值传递/溯源标准源是非常有意义的。 

发明内容

本发明的目的旨在于克服现有技术的缺陷，提供一种源﹑表一体化的高精度﹑大功率﹑宽频响的交直流电流校准源。 

本发明所述的交直流电流校准源，由输入设备、控制电路、信号变换电路﹑功率放大电路﹑采样反馈电路及显示电路组成，由输入设备将输入信号输入至控制电路，控制电路的输出信号经信号变换电路送至功率放大电路，功率放大电路的输出信号分成两路，其中一路信号送至采样反馈电路，另一路信号输出至显示电路。 

所述的输入设备为键盘、鼠标、扫描仪中的一种。 

所述的输入设备有RSC接口。 

所述的信号变换电路由直流电压基准器﹑数字频率合成器﹑数字波合成器构成，直流电压基准器﹑数字频率合成器﹑数字波形合成器分别与控制电路联接。 

所述的直流电压基准器﹑数字频率合成器均为可调。 

所述的采样反馈电路由交流双级电流互感器﹑直流电流比较仪构成，直流电流比较仪和交流双级电流互感器的输入端均与功率放大器中的大功率达林顿管联接，直流电流比较仪的输出端与功率放大电路中的直流前置放大器联接，交流双级电流互感器的输出端与功率放大电路中的交流前置预处理器联接。 

所述的功率放大电路由直流前置放大器﹑交流前置预处理器﹑大功率达林顿管构成，直流前置放大器的输入端与采样反馈电路中的直流电流比较仪联接，交流前置预处理器的输入端与信号变换电路中的数字频率合成器联接，直流前置放大器和交流前置预处理器的输出端均与大功率达林顿管联接。 

所述的显示电路由A/D转换器﹑乘法累加器、显示器构成，A/D转换器的输入端与功率放大电路中的大功率达林顿管联接，其输出端与乘法累加器的输入端联接，乘法累加器通过缓存器与控制电路联接，显示器与控制电路联接。 

所述的控制电路为单片机。 

所述的控制电路为通过RS232接口连接的计算机。 

本发明所述的交直流电流校准源，采取特殊的驱动单元电路及反馈电路达到稳定输出，其中交流驱动电路采用误差前馈技术，反馈电路采用第一级互感器做交流内环反馈，第二级互感器经交直流转换后做外环反馈，同时提供高精度的交流变换信号至显示电路；直流驱动电路采用复合误差前馈技术，直流电流比较仪做大环路反馈，同时提供高精度的直流变换信号至显示电路；显示电路采用了数字采样﹑数字乘法技术，分别计算出交直流电流值，交流直接数字采用乘法技术保证了交流值测量的高精度。本发明输出功率大﹑稳定度高，显示精度高，操作方便。 

附图说明

图1为本发明的结构框图。 

1-输入设备，2-控制电路，3-信号变换电路，4-采样反馈电路，5-功率放大电路，6-显示电路。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述，但不限于实施例。 

实施例

本发明所述的交直流电流校准源，包括输入设备1、控制电路2、信号变换电路3﹑功率放大电路5﹑采样反馈电路4和显示电路6，由输入设备1将输入信号输入至控制电路2，控制电路2的输出信号经信号变换电路3后送至功率放大电路5，功率放大电路5的输出信号分成两路，其中一路信号送至采样反馈电路4，另一路信号输出至显示电路6。输入设备1可为键盘、鼠标、扫描仪中的一种，且带有RSC接口。 

各部分技术方案如下： 

信号变换电路3包括直流电压基准器﹑数字频率合成器﹑数字波合成器，直流电压基准器﹑数字频率合成器﹑数字波形合成器分别与控制电路联接。信号变换电路是交直流电流校准源的基础,通过把输出信号按照一个周期的点存储在ROM中通过对信号点按频率进行扫描实现不同周期的信号输出，信号的稳定度保证整个校准源最终所能达到的稳定度。DAC702可调直流电压基准器的直流电压基准控制整个校准源的输出幅值，输出幅值的调节通过调节直流电压基准来实现，直流电压基准决定了整个校准源的输出稳定度，校准源的幅值调节选用美国BB公司生产的十六位数/模转换器DAC702KH作为主控直流电压基准，稳定度达到0.002%/3分钟，加以电位器辅助调节，保证调节细度源于0.001%；可调频率合成器采用直接数字频率合成器DDS专用芯片AD9850,32位控制精度，具有输出范围广稳定度高的优点。数字波形合成器中的交流信号合成主要通过波形合成之后通过高速数模转换器输出完成，波形合成通过MCU2完成，数模转换器采用12位的AD565A芯片，满量程转换时间为30ns，合成的交流信号稳定度优于0.005%/3分钟，波形失真优于0.05%。

功率放大器电路5采用能适应交直流输出的直接耦合直接输出的放大器，保证了放大器在整个输出频段幅值衰减极小，相移极小，取得反馈信号后能达到稳定输出，包括前置放大、功率放大环节，前置放大包括直流前置控制放大器和交流前置预处理器。功率放大器前级驱动采样误差前馈技术，误差放大器采用低漂移运算放大器，配合以底温度系数精密金属膜电阻，使整个前置放大器有低温漂特性。根据交直流输出不同特性要求，分别设计了直流前置控制放大器和交流前置预处理器进行前置放大；功率放大电路输出级采用交直流共用，多只大功率达林顿管并联输出，确保达到50A电流输出，并能长期可靠运行，通过量限控制、选择控制以、交直流选择以及输出选择控制后输出。 

采样反馈电路4包括双级交流电流互感器和直流电流比较仪，采用能适应交直流反馈采样的双级交流电流互感器和直流电流比较仪分别完成对交直流电流采样，直流电流比较仪和交流双级电流互感器的输入端均与大功率达林顿管联接，直流电流比较仪的输出端与直流前置放大器联接，交流双级电流互感器的输出端与交流前置预处理器联接，采样后的信号分为两路，一路作为反馈信号，另一路作为显示信号。双级电流互感器属于交流反馈采样，具有较高精度，比差﹑角差很小，保证了反馈和显示信号的误差极小；直流电流比较仪属于直流反馈采样，以往常规的直流电流采样为分流器，采样信号幅值小，温度漂移大，难以保证信噪比及稳定性，所以在校准源中研制了直流电流比较仪作为采样元件，达到了高幅值﹑低漂移，确保直流高稳定输出及高精度显示。 

显示电路6包含了测量仪表的各环节，A/D转换器﹑数字乘法累加器﹑显示器，A/D转换器的输入端与大功率达林顿管联接，其输出端与乘法累加器联接，乘法累加器经缓存器与控制电路联接，经处理后的信息送至显示器显示出来，显示电路的性能决定了最终的显示精度，是整个校准源作为量传的最终量值体现。A/D转换器的精度﹑线性误差决定了显示精度，采用了十六位高精度芯片AD977A作A/D转换；乘法累加器将A/D转换的数据进行乘法累加，根据乘法累加的结果及各种参数计算出电流值﹑频率﹑稳定度等参数；显示器显示出需要的量值参数比如电流值﹑频率﹑稳定度等,通讯接口将数据传送至上位机，实现程控自动校验﹑数据存储﹑结果打印。 

    本发明所述的交直流电流校准源，具有校验仪功能，能输出/测量0～50A交直流电流，校验各型交直流电流表；具有面板编程和上位机程控管理软件平台，实现功能﹑档位转换﹑程控操作﹑半自动校验和数据传输﹑存储﹑管理等；具有稳定度﹑频率自测/显示功能。输出/测量范围为0～50A，分0.2A﹑1A﹑5A﹑10A﹑20A﹑50A六档，连续可调；当各参数达到额定值时输出稳定度优于0.005%/分钟；直流信号的交流纹波≤1%；交流信号失真度≤0.5%；输出信号频率范围为45Hz～1kHz;测量显示精度为直流优于0.01%，交流45Hz～65Hz优于0.01%；65Hz～1kHz优于0.05%；频率为45Hz～1kHz时测量显示为精度0.01%。 

本发明所述的交直流电流校准源，对电流表校验所需的源表进行了一体化设计，在源输出稳定度﹑输出功率﹑表测量精度﹑电流量程﹑扩展频率精度等方面较以往的装置均有大幅度提高，为交直流电流的量值传递/溯源提供了量值可靠﹑性能稳定﹑功能齐全的校准源，提高了工作效率，从而实现源﹑表一体化的高精度﹑大功率﹑宽频响且操作方便。 

Claims (10)

1.一种交直流电流校准源，由输入设备（1）、控制电路（2）、信号变换电路（3）﹑功率放大电路（5）﹑采样反馈电路（4）及显示电路（6）组成，其特征在于，由输入设备（1）将输入信号输入至控制电路（2），控制电路（2）的输出信号经信号变换电路（3）送至功率放大电路（5），功率放大电路（5）的输出信号分成两路，其中一路信号送至采样反馈电路（4），另一路信号输出至显示电路（6）。

2.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的输入设备（1）为键盘、鼠标、扫描仪中的一种。

3.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的输入设备（1）置有RSC接口。

4.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的信号变换电路（3）由直流电压基准器﹑数字频率合成器﹑数字波合成器构成，直流电压基准器﹑数字频率合成器﹑数字波形合成器分别与控制电路（2）联接。

5.根据权利要求1或4所述的交直流电流校准源，其特征在于，直流电压基准器﹑数字频率合成器均为可调。

6.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的采样反馈电路（4）由交流双级电流互感器﹑直流电流比较仪构成，直流电流比较仪和交流双级电流互感器的输入端均与功率放大器中的大功率达林顿管联接，直流电流比较仪的输出端与功率放大电路中的直流前置放大器联接，交流双级电流互感器的输出端与功率放大电路中的交流前置预处理器联接。

7.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的功率放大电路（5）由直流前置放大器﹑交流前置预处理器﹑大功率达林顿管构成，直流前置放大器的输入端与采样反馈电路中的直流电流比较仪联接，交流前置预处理器的输入端与信号变换电路中的数字频率合成器联接，直流前置放大器和交流前置预处理器的输出端均与大功率达林顿管联接。

8.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的显示电路（6）由A/D转换器﹑乘法累加器、显示器构成，A/D转换器的输入端与功率放大电路中的大功率达林顿管联接，其输出端与乘法累加器的输入端联接，乘法累加器通过缓存器与控制电路联接，显示器与控制电路联接。

9.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的控制电路（2）为单片机。

10.根据权利要求1所述的交直流电流校准源，其特征在于，所述的控制电路（2）为通过RS232接口连接的计算机。