CN104535954A - 有源泄露电流测试仪的校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源泄露电流测试仪的校准装置，包括：匹配电阻、采样电阻、采样模块、电流设定模块以及调节模块；其中，调节模块，用于根据采样电流与电流设定模块输出的设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等。本发明基于有源泄露电流测试仪的校准装置的校准方法通过对流经采样电阻上的电流进行采样并得到采样电流；通过电流设定模块设置设定电流；根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等，保证了采样电流不随测试仪输出电压波动，解决了有源泄漏电流测试仪的检定电流随其输出电压波动的技术问题，从而改善了检定电流的稳定性，提高了电流检定的精度。

Description

有源泄露电流测试仪的校准装置
技术领域
本发明涉及仪器仪表的计量检定领域，特别地，涉及一种有源泄漏电流测试仪的校准装置。
背景技术
泄漏电流和耐压是电器安规测试最重要的两项内容。泄漏电流测试仪就是用于测量电器泄漏电流的测试仪器，按照是否提供试验电压，可分为无源泄漏电流测试仪和有源泄漏电流测试仪两类，泄漏电流是对这两类仪器的校准及检定的一项最基本的内容，本发明主要用于有源泄漏电流测试仪泄漏电流的校准和检定。对于有源泄漏电流测试仪，泄漏电流的检定通常采用如图1所示方法，调节被检测试仪的输出电压，在(a)中用标准数字电压表测量已知电阻上的压降，利用欧姆定律可以计算电流实际值；而在(b)中则可以用标准数字电流表直接读出输出电流的实际值。
该检定方法的测量读数稳定性依赖于被检测试仪输出电压的稳定性，由于被检测试仪输出通常由电网直接供电,其稳定性一般有10％以上的波动,而泄漏电流测试仪的准确度等级通常为0.5级,直接用被检测试仪的输出根本无法满足校准要求,因而采用上述方法检定时,通常需要打开被检测试仪的机箱,断开其输出的供电电源,另外接上稳定性高的测试电源才能满足测试要求,这使得该检定方法在实际应用中操作非常麻烦。此外，由于被检仪器通常有多个量程，检定过程需要针对不同的量程选择不同的标准电阻，因此，该方法不能实现标准电流的自动调节，而且很难实现检定电流连续可调。所以亟需开发一种检定电流不随有源泄露电流测试仪输出电压波动的有源泄露电流测试仪的校准装置。
发明内容
本发明提供了一种有源泄露电流测试仪的校准装置，以解决有源泄漏电流测试仪的检定电流随有源泄露电流测试仪输出电压波动的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种有源泄露电流测试仪的校准装置，包括：匹配电阻、采样电阻、采样模块、电流设定模块以及调节模块；其中，
匹配电阻包括用于与被检测试仪输出电压的正输入端连接的第一匹配端以及与调节模块连接的第二匹配端；
采样电阻的一端与被检测试仪输出电压的负输入端连接，另一端与调节模块连接；
采样模块，用于对流经采样电阻上的电流进行采样并得到采样电流；
电流设定模块，用于给调节模块输入不同的设定电流；
调节模块，包括与第二匹配端连接的第一输出端以及与采样电阻连接的第二输出端；调节模块，用于根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等。
进一步地，调节模块还包括调幅模块和调相模块；其中，
调幅模块用于调节第二匹配端的电压的幅度与第一匹配端的电压的幅度相等；调相模块用于调节第二匹配端的电压的相位与第一匹配端的电压的相位相等。
进一步地，调幅模块包括积分器和变压器；其中，
积分器的反向输入端与采样模块的输出端连接，积分器的正向输入端与电流设定模块的输出端连接；
变压器的原边的一端与积分器的输出端连接，另一端连接零点电位；变压器的副边的一端与调节模块的第一输出端连接，另一端与调节模块的第二输出端连接，调节模块的第二输出端连接零点电位。
进一步地，调相模块包括移相模块和乘法器；其中，
移相模块，用于对第一匹配端的电压信号进行移相；
乘法器，用于将移相模块和积分器的输出信号相乘，并输送给变压器。
进一步地，调相模块还包括取样模块，取样模块用于对匹配电阻的第一匹配端的电压信号进行取样，并输送给移相模块。
进一步地，调幅模块还包括功率放大器，功率放大器与乘法器和变压器相连，用于将乘法器的输出信号进行功率放大输送给变压器。
进一步地，积分器为比例积分器或比例积分微分器。
进一步地，比例积分器包括运算放大器、电容、第一电阻和第二电阻；
第一电阻的一端与采样模块的输出端连接，另一端与运算放大器的反向输入端连接；
第二电阻的一端与电流设定模块的输出端连接，另一端与运算放大器的同向输入端连接；
电容连接于运算放大器的反向输入端和输出端之间。
进一步地，采样模块包括AC/DC采集模块和转换模块；其中，
AC/DC采集模块用于采集采样电阻上的采样电流；
转换模块，用于将采样电流转换为电压信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于有源泄露电流测试仪的校准装置的校准方法，该方法包括：
对流经采样电阻上的电流进行采样并得到采样电流；
通过电流设定模块设置设定电流；
根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等。
进一步地，根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等包括：
调节第二匹配端的电压的幅度与第一匹配端的电压的幅度相等；
调节第二匹配端的电压的相位与第一匹配端的电压的相位相等。
本发明具有以下有益效果：
本发明的有源泄露电流测试仪的校准装置与校准方法，通过调节模块根据采样电流与电流设定模块输出的设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等，这样可以使积分器的输出电压稳定，从而使采样电流恒等于设定电流，解决了有源泄漏电流测试仪的检定电流随有源泄露电流测试仪输出电压波动的技术问题，从而改善了检定电流的稳定性，提高了电流检定的精度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有常用的有源泄露电流测试仪校准装置示意图；
图2是本发明优选实施例的有源泄露电流测试仪校准装置示意图。
附图标记：
1、匹配电阻；2、采样电阻；3、采样模块；4、电流设定模块；5、调节模块；6、被检测试仪；7、积分器；8、变压器；9、移相模块；10、乘法器；11、取样模块；12、功率放大器；13、运算放大器；14、电容；15、第一电阻；16、第二电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图2，本发明的优选实施例提供了一种有源泄露电流测试仪的校准装置，包括：匹配电阻1、采样电阻2、采样模块3、电流设定模块4以及调节模块5；其中，匹配电阻1包括用于与被检测试仪6输出电压的正输入端连接的第一匹配端以及与调节模块5连接的第二匹配端；采样电阻2的一端与被检测试仪6输出电压的负输入端连接，另一端与调节模块5连接；采样模块3，用于对流经采样电阻2上的电流进行采样并得到采样电流；电流设定模块4，用于给调节模块5输入不同的设定电流；调节模块5，包括与第二匹配端连接的第一输出端以及与采样电阻2连接的第二输出端；调节模块5，用于根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等。
本实施例通过根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等，可以实现采样电流不随有源泄露电流测试仪输出电压波动，解决了有源泄漏电流测试仪的检定电流随有源泄露电流测试仪输出电压波动的技术问题，从而改善了检定电流的稳定性，提高了电流检定的精度。而且本发明属于国家科技支撑计划：典型急救监护设备计量标准及溯源体系研究(任务编号：2011BAI02B04)的重点研究内容，具有重大意义。
可选地，调节模块5还包括调幅模块和调相模块；其中，调幅模块用于调节第二匹配端的电压的幅度与第一匹配端的电压的幅度相等；调相模块用于调节第二匹配端的电压的相位与第一匹配端的电压的相位相等。
可选地，本实施例中，调幅模块可以包括积分器7和变压器8；其中，积分器7的反向输入端与采样模块3的输出端连接，积分器7的正向输入端与电流设定模块4的输出端连接；变压器8的原边的一端与积分器7的输出端连接，另一端连接零点电位；变压器8的副边的一端与调节模块5的第一输出端连接，另一端与调节模块5的第二输出端连接，调节模块5的第二输出端连接零点电位。本实施例采用积分器主要是基于积分调节的快速响应特性，一般来讲，有源泄露电流测试仪6的输出电压变化，即第一匹配端的电压Ua变化频率为50Hz，而积分调节的调节频率约为1600Hz，因此，调幅模块根据采样电流与设定电流的偏差调节第二匹配端的电压Ub与第一匹配端的电压Ua相等时，可以使第二匹配端的电压Ub的变化能够快速地跟上第一匹配端的电压Ua的变化，从而使得流入被检测试仪6的检定电流I的稳定性优于其输出电压U的稳定性。本实施例中，积分器7为比例积分器或比例积分微分器。比例积分器包括运算放大器13、电容14、第一电阻15和第二电阻16；第一电阻15的一端与采样模块3的输出端连接，另一端与运算放大器13的反向输入端连接；第二电阻16的一端与电流设定模块4的输出端连接，另一端与运算放大器13的同向输入端连接；电容14连接于运算放大器13的反向输入端和输出端之间。
可选地，调相模块包括移相模块9和乘法器10；其中，移相模块9，用于对第一匹配端的电压信号进行移相；乘法器10，用于将移相模块9和积分器7的输出信号相乘，并输送给变压器8。本实施例中的移相模块9主要用于对第一匹配端的电压Ua进行相位调整，这是由于变压器8对第二匹配端的电压Ub进行调节时，会产生一定的相位偏移，为了调节第二匹配端的电压Ub与第一匹配端的电压Ua相等，所述一般先需要对第一匹配端的电压Ua进行移相。具体可以通过取样模块11对匹配电阻的第一匹配端的电压Ua进行取样，并输送给移相模块9，移相模块9再将经过移相的取样信号与比例积分器7输出的电压信号输送给乘法器10，乘法器10将移相模块9和积分器7的输出信号相乘，输送给变压器8。
可选地，调幅模块还包括功率放大器13，功率放大器13与乘法器10和变压器8相连，用于将乘法器10的输出信号进行功率放大输送给变压器8。功率放大器13的设置为变压器8的工作提供足够的驱动信号。
可选地，采样模块3包括AC/DC采集模块和转换模块；其中，AC/DC采集模块用于采集采样电阻2上的采样电流；转换模块，用于将采样电流转换为电压信号。同样地，电流设定模块4也包括了转换模块，用于将设定电流经过转换后变成电压信号，从而与采样电流转换后的电压信号进行比较。
本发明还提供了一种基于本发明中的有源泄露电流测试仪的校准装置的校准方法，包括对流经采样电阻上的电流进行采样并得到采样电流；通过电流设定模块设置设定电流；根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等。
可选地，根据采样电流与设定电流的偏差将第二匹配端的电压调至与第一匹配端的电压相等包括：调节第二匹配端的电压的幅度与第一匹配端的电压的幅度相等；调节第二匹配端的电压的相位与第一匹配端的电压的相位相等。
本实施例的具体工作原理如下：
以检定1mA电流量程为例，假定有源泄露电流测试仪的输出电压为U＝220V，取匹配电阻1的电阻R0＝200K，变压器8的变比为1:40，第一电阻15的电阻R1、第二电阻16的电阻R2均为1K，电容14的C1为100μF,采样电阻2的电阻RS为1K，取样模块11输出电压为1V，电流设定模块4输出直流电压为0.90018V，调节移相模块9的相移，直到第二匹配端的电压Ub和第一匹配端的电压Ua相等，为220V，即Uab＝0，此时系统平衡。流过采样电阻2的电阻RS的交流电流为1mA。当有源泄露电流测试仪6的输出电压为U变化导致流过RS的电流发生变化时，则经过采样模块3输出的直流电压也发生变化，其值与电流设定模块4经过电压转换后输出的0.90018V电压产生差值，该差值经过积分器积分，形成放大的差值信号，此信号与取样移相后的信号相乘，得到功率放大器12的驱动信号，驱动信号调节功放的输出电压，从而改变变压器8的输出电压Ub，由于Ua的变化频率为50Hz，而比例积分调节的调节频率约为1600Hz，因而Ub的变化能够快速地跟上Ua的变化，使得Uab＝0能够成立。
系统平衡时，需满足条件：此时采样模块的输出电压：取R1＝R2＝1K，则当电流设定模块4输出时，运算放大器12得到稳定的输出Ue。取样模块11的取样系数为K1，移相模块相移为与变压器8的移相角度相反，则移相模块9输出Uf为：经乘法器10运算后，得到电压Ug为：当功率放大器12放大倍数为1时，则其输出为变压器8的变比为K2，移相角度为且得到电压Ub为：调整系数使得UeK1K2＝1，则Ua＝Ub恒成立。
本实施例中，当Ua幅度变化时：可得到显而易见，Ub跟随Ua变化，而与I相关的Ue不随Ua变化，因而I的稳定性优于U。由图1还可以得到，采样模块输出电压为当系统平衡时，所以，由于Ud可以通过电流设定模块4任意设定，而RS对于固定的量程是确定的值，因而该有源泄露电流测试仪装置可以设定不同的电流。所以，对于不同量程的检定，当被检仪器输出一定范围内的电压时，本发明的有源泄露电流测试仪的校准装置可以通过用户设定，得到连续可调的电流值。利用本发明的有源泄露电流测试仪的校准装置可以直接使用被检测试仪的输出而达到电流检定的精度要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，包括：匹配电阻(1)、采样电阻(2)、采样模块(3)、电流设定模块(4)以及调节模块(5)；其中，
所述匹配电阻(1)包括用于与被检测试仪(6)输出电压的正输入端连接的第一匹配端以及与所述调节模块(5)连接的第二匹配端；
所述采样电阻(2)的一端与所述被检测试仪(6)输出电压的负输入端连接，另一端与所述调节模块(5)连接；
所述采样模块(3)，用于对流经所述采样电阻(2)上的电流进行采样并得到采样电流；
所述电流设定模块(4)，用于给所述调节模块(5)输入不同的设定电流；
所述调节模块(5)，包括与所述第二匹配端连接的第一输出端以及与所述采样电阻(2)连接的第二输出端；所述调节模块(5)用于根据所述采样电流与所述设定电流的偏差将所述第二匹配端的电压调至与所述第一匹配端的电压相等。
2.根据权利要求1所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述调节模块(5)还包括调幅模块和调相模块；其中，
所述调幅模块用于调节所述第二匹配端的电压的幅度与所述第一匹配端的电压的幅度相等；所述调相模块用于调节所述第二匹配端的电压的相位与所述第一匹配端的电压的相位相等。
3.根据权利要求2所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述调幅模块包括积分器(7)和变压器(8)；其中，
所述积分器(7)的反向输入端与所述采样模块(3)的输出端连接，所述积分器(7)的正向输入端与所述电流设定模块(4)的输出端连接；
所述变压器(8)的原边的一端与所述积分器(7)的输出端连接，另一端连接零点电位；所述变压器(8)的副边的一端与所述调节模块(5)的第一输出端连接，另一端与所述调节模块(5)的第二输出端连接，所述调节模块(5)的第二输出端连接零点电位。
4.根据权利要求2所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述调相模块包括移相模块(9)和乘法器(10)；其中，
所述移相模块(9)，用于对所述第一匹配端的电压信号进行移相；
所述乘法器(10)，用于将所述移相模块(9)和所述积分器(7)的输出信号相乘，并输送给所述变压器(8)。
5.根据权利要求4所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述调相模块还包括取样模块(11)，所述取样模块(11)用于对所述匹配电阻(1)的第一匹配端的电压信号进行取样，并输送给所述移相模块(9)。
6.根据权利要求3所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述调幅模块还包括功率放大器(12)，所述功率放大器(12)与所述乘法器(10)和所述变压器(8)相连，用于将所述乘法器(10)的输出信号进行功率放大输送给所述变压器(8)。
7.根据权利要求6所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述比例积分器包括运算放大器(13)、电容(14)、第一电阻(15)和第二电阻(16)；
所述第一电阻(15)的一端与所述采样模块(3)的输出端连接，另一端与所述运算放大器(13)的反向输入端连接；
所述第二电阻(16)的一端与所述电流设定模块(4)的输出端连接，另一端与所述运算放大器(13)的同向输入端连接；
所述电容(14)连接于所述运算放大器(13)的反向输入端和输出端之间。
8.根据权利要求1至7任一所述的有源泄露电流测试仪的校准装置，其特征在于，
所述采样模块(3)包括AC/DC采集模块和转换模块；其中，
所述AC/DC采集模块用于采集所述采样电阻(2)上的采样电流；
所述转换模块，用于将所述采样电流转换为电压信号。
9.一种基于权利要求1至8任一所述的有源泄露电流测试仪的校准装置的校准方法，其特征在于，包括：
对流经所述采样电阻(2)上的电流进行采样并得到采样电流；
通过所述电流设定模块(4)设置设定电流；
根据所述采样电流与所述设定电流的偏差将所述第二匹配端的电压调至与所述第一匹配端的电压相等。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述采样电流与所述设定电流的偏差将所述第二匹配端的电压调至与所述第一匹配端的电压相等包括：
调节所述第二匹配端的电压的幅度与所述第一匹配端的电压的幅度相等；
调节所述第二匹配端的电压的相位与所述第一匹配端的电压的相位相等。
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