CN106324539A - 一种高精度电流比较仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度电流比较仪，包括电流互感器组件和同轴设置在电流互感器中心的环状的安匝平衡指示器；电流互感器组件包括一级铁心和同轴设置在一级铁心内的二级铁心及相应一次绕组、二次绕组、一次补偿绕组和二次补偿绕组；安匝平衡指示器包括测差补偿绕组、检测绕组和三级铁心；三级铁心设置在内磁屏蔽件中；测差补偿绕组绕制在内磁屏蔽件上。本发明提出的高精度电流比较仪，减少了磁性误差和容性误差的影响，提高电流比较仪的准确度等级，该电流比较仪应用于自校准系统中的最高标准，能降低量值向下传递过程中的误差累积值，提升了电流比较仪自校准系统的测量准确度，保证了电流比较仪在工业中的精确应用。

Description

一种高精度电流比较仪

技术领域

本发明涉及电流比较仪，具体涉及一种高精度电流比较仪。

背景技术

为了满足工业技术的发展需要，人们研制了各种测量工频电流的比例标准装置，通过电流比例标准装置进行高准确度的测量。在社会大众和工业部门日益重视能源效率与节能降耗的今天，工频电流比例精密测量技术的应用越加广泛。

最早的工频电流计量比例标准器是大电流电阻，习惯上称为分流器，到目前为止，分流器仍用于计量工频电流比例，电阻式分流器的优点是结构简单，准确度高，但这种分流器在大电流下使用时会强烈发热，一方面使电阻的阻值变化，另一方面消耗大量能源。随着技术的发展，基于感应原理的电流互感器普遍取代了原始的电阻式分流器，特别是新型铁磁材料如热轧和冷轧硅钢片、铁镍合金、铁基非晶、微晶材料的发明和使用，到60年代左右，感应式电流比例标准发展十分迅速，其中最有代表性的是电流比较仪，使得电流比例测量准确度至少提高两个数量级，从而推动了工频电流比例测量技术的发展。由于利用零磁通原理，电流比较仪具有精度高和稳定性好的特点，各国一般都采用多台电流比较仪组成自校准系统，作为其最高等级的电流比例标准装置。

目前，电流比较仪自校准系统中关键的设备是两台最高标准的补偿式电流比较仪，其他传递标准和使用标准是通过加法，乘法和除法等检定线路一级级的溯源到最高标准的，使得最高标准的误差会在检定过程中一级级的累积到标准器上，因此一般最高标准的准确度等级会决定整个自校准系统的准确度等级。基于现有技术原理的补偿式电流比较仪特别是最高标准的补偿式电流比较仪的准确度等级难以提高，成为了制约电流比例精密测量水平进一步的提升的瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种高精度电流比较仪，该电流比较仪减少了磁性误差和容性误差的影响，提高电流比较仪的准确度等级，该电流比较仪应用于自校准系统中的最高标准，能降低量值向下传递过程中的误差累积值，提升整个电流比较仪自校准系统的测量准确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高精度电流比较仪，所述电流比较仪包括双级电流互感器组件和同轴设置在所述双级电流互感器组件中心的安匝平衡指示器。

优选的，所述安匝平衡指示器包括测差补偿绕组、检测绕组和三级铁心；

所述三级铁心设置在内磁屏蔽件中；

所述测差补偿绕组绕制在所述内磁屏蔽件上；

所述检测绕组绕制在三级铁心外壁上且与工频指零仪连接。

优选的，所述双级电流互感器组件包括一级铁心和同轴设置在所述一级铁心内的二级铁心。

优选的，所述一级铁心的外壁上依次绕制有二次绕组和一次绕组。

优选的，所述二次补偿绕组和一次补偿绕组之间、所述二次绕组和一次绕组之间均设有铜箔；所述铜箔接地；

所述测差补偿绕组的极性端与所述二次绕组的极性端连接；所述一次绕组的极性端与所述一次补偿绕组的极性端连接。

优选的，所述二级铁心的外壁上依次绕制有二次补偿绕组和一次补偿绕组；

所述二次补偿绕组与所述二次绕组并联连接。

优选的，所述内磁屏蔽件、一级铁心和二级铁心均包括剖面为凹形的环形槽和设置在所述环形槽的开口处的环形盖板，且所述内磁屏蔽件、一级铁心和二级铁心的横截面积依次增大。

优选的，所述二级铁心、一级铁心和三级铁心的材料均为高磁导率材料。

优选的，所述二次补偿绕组、二次绕组和测差补偿绕组的匝数均相同。

优选的，所述环形盖板和所述环形槽之间设有绝缘衬垫。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种高精度电流比较仪，包括电流互感器组件和同轴设置在电流互感器组件中心的安匝平衡指示器；电流互感器包括一级铁心和同轴设置在一级铁心内的二级铁心及相应一次绕组、二次绕组、一次补偿绕制和二次补偿绕组；安匝平衡指示器包括测差补偿绕组、检测绕组和三级铁心；三级铁心设置在内磁屏蔽件中；测差补偿绕组绕制在内磁屏蔽件上。本发明提出的高精度电流比较仪，减少了磁性误差和容性误差的影响，提高了电流比较仪的准确度等级，该电流比较仪应用于自校准系统中的最高标准，能降低量值向下传递过程中的误差累积值，提升整个电流比较仪自校准系统的测量准确度，保证了电流比较仪在工业中的精确应用。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，通过电流互感器组件和同轴设置在电流互感器中心的块状的安匝平衡指示器及电流互感器包括一级铁心和同轴设置在一级铁心内的二级铁心的设置，减少了磁性误差和容性误差的影响，提高了电流比较仪的准确度等级，该电流比较仪应用于自校准系统中的最高标准，能降低量值向下传递过程中的误差累积值，提升整个电流比较仪自校准系统的测量准确度，保证了电流比较仪在工业中的精确应用。

2、本发明所提供的技术方案，电流比较仪的一级铁心和二级铁心及相应的绕组相当于一个双级电流互感器组件，在承担负载的同时感应出较小的感应电势，减小了电流比较仪的附加误差。

3、本发明所提供的技术方案，双级电流互感器组件产生的感应电势作用在三级铁心上，在测差补偿绕组上感应出极小的感应电势，使得二次绕组压降相应减到极小，能降低匝间容性泄漏，大大减少了电流比较仪的容性误差。

4、本发明所提供的技术方案，环形盖板和环形槽之间设有绝缘衬垫；绝缘衬垫防止形成短路匝，这样一级铁心第二级铁心既是励磁铁心也做磁屏蔽，可以增强屏蔽效果，减少磁性误差。

5、本发明所提供的技术方案，二次补偿绕组和一次补偿绕组之间、二次绕组和一次绕组之间均包覆有铜箔，铜箔通过焊接引出线接地，以减小绕组间的容性泄漏；提升保证了电流比较仪的使用可靠性与安全性，进而提高了电流比较仪的使用寿命。

6、本发明所提供的技术方案，一次补偿绕组的极性端与一次绕组极性端相接，由于一次补偿绕组感应电动势极小，且泄漏电流通过一次补偿绕组产生的压降也相应很小可忽略，因此一次绕组极性端相当于间接接地，提升电流比较仪的测量准确度。

附图说明

图1是本发明的一种高精度电流比较仪的组成结构示意图；

图2是本发明电流比较仪中的安匝平衡指示器的剖面结构示意图；

图3是本发明电流比较仪中的双级电流互感器组件的剖面结构示意图；

图4是本发明的电流比较仪的整体剖面结构示意图；

图5是本发明的电流比较仪的原理图。

其中，I-一级铁心、II-二级铁心、Ⅲ-三级铁心、W1-一次绕组、W2-二次绕组、W3-二次补偿绕组、W4-测差补偿绕组、W5-一次补偿绕组、W6-检测绕组、D-工频指零仪、1-双级电流互感器组件、2-安匝平衡指示器、3-内磁屏蔽件、4-绝缘衬垫、5-铜箔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种高精度电流比较仪，包括双级电流互感器组件1和同轴设置在双级电流互感器中心的块状的安匝平衡指示器2。

如图2所示，安匝平衡指示器2包括测差补偿绕组W4、检测绕制W6和三级铁心III；

三级铁心设置在内磁屏蔽件3中；

测差补偿绕组W4绕制在内磁屏蔽件3上；

检测绕组W6绕制在三级铁心外壁上，检测绕组W6与工频指零仪D连接；前面两级产生的感应电势作用在三级铁心III上，在测差补偿绕组W4上感应出极小的感应电势，使得二次绕组W2压降相应减到极小，能降低匝间容性泄漏，大大减少了电流比较仪的容性误差。

如图3所示，

双级电流互感器组件包括一级铁心I和同轴设置在一级铁心I内的二级铁心II，其在承担负载的同时感应出较小的感应电势。

二次绕组W2和一次绕组W1依次绕制在一级铁心I的外壁上；

一级铁心I包括剖面为凹形的环形槽和设置在环形槽的开口处的环形盖板；环形盖板和环形槽之间设有绝缘衬垫4；绝缘衬垫4防止形成短路匝，这样一级铁心I和二级铁心II既是励磁铁心也做磁屏蔽，可以增强屏蔽效果，减少磁性误差。

其中，测差补偿绕组W4和一次补偿绕组W5之间、二次绕组W2和一次绕组W1之间均包覆有铜箔5，铜箔5通过焊接引出线接地，以减小绕组间的容性泄漏。

测差补偿绕组W4的极性端与一次绕组W1的极性端连接；一次绕组W1的极性端与一次补偿绕组W5的极性端连接。

如图4所示，二次补偿绕组W3和一次补偿绕组W5依次绕制在二级铁心II外壁上；二次补偿绕组W3与二次绕组W2并联连接。

内磁屏蔽件3、一级铁心I和二级铁心II均包括剖面为凹形的环形槽和设置在环形槽的开口处的环形盖板，环形盖板和环形槽之间设有绝缘衬垫4，且内磁屏蔽件3、一级铁心I和二级铁心II的横截面积依次增大。

二级铁心II、一级铁心I和三级铁心III的材料均为高磁导率材料。

二次补偿绕组W3、二次绕组W2和测差补偿绕组W4的匝数均相同。

如图5所示，本发明的三级结构的高准确度补偿式的电流比较仪的原理图，该电流比较仪为三级结构，由一级铁心I、二级铁心II、三级铁心III、一次绕组W1、二次绕组W2、二次补偿绕组W3、测差补偿绕组W4、一次补偿绕组W5和检测绕组W6组成。

相对于传统的电流比较仪，本发明的电流比较仪是利用绕制的一级铁心I、二级铁心II上的二次绕组W2、二次补偿绕组W3来承担外接阻抗和内阻抗。一次绕组W1、二次绕组W2和一级铁心I组成第一级结构，二次补偿绕组W3二次绕组W2并联，且两个绕组的匝数相等，即W3＝W2，一次绕组W1、二次绕组W2、二次补偿绕组W3、一次补偿绕制W5和二级铁心II组成第二级结构。第一级结构与第二级结构组成一个双极电流互感器，由磁势平衡原理可知：

I₁W₁+I₂W₂＝I₀₁W₁ (1)

I₀₁W₁+I_BW₃＝I₀₁W₁+I_BW₂＝I₀₂W₁ (2)

由于励磁电流远远小于一次电流，则I₀₂<<I₀₁，在二级铁心II上感应出较小的磁密B_b，联立两式得：

I₁W₁+I₂W₂+I_BW₃＝I₀₂W₁ (3)

一次绕组W1、二次绕组W2、二次补偿绕组W3、测差补偿绕组W4、一次补偿绕组W5、检测绕组W6和三级铁心III组成第三级结构。测差补偿绕组W4的极性端和二次绕组W2的极性端相接，且两个绕组的匝数相等，即W4＝W2，绕在三级铁心III上的一次补偿绕组W5的极性端与一次绕组W1极性端相接，由于一次补偿绕组W5感应电动势极小，且泄漏电流通过一次补偿绕组W5产生的压降也相应很小可忽略，因此一次绕组W1极性端相当于间接接地，同时一次绕组W1电阻压降也通过一次补偿绕组W5进行补偿而减小1～2个数量级。检测绕组W6与工频指零仪D连接，指示三级铁心III是否处于零磁通状态。对于三级铁心III，忽略一次补偿绕组W5泄漏电流，联立式(3)，由磁势平衡原理：

I₁W₁+I₂W₂+I_BW₃+I_CW₄＝I₀₂W₁+I_CW₄＝I₀₃W₁ (4)

同理，得I₀₃<<I₀₂和I_C<<I_B，则三级铁心III上感应出极小的磁密B_C，绕在三级铁心III上的测差补偿绕组W4上产生极小的感应电势E_C，

E_C＝I_CZ_C (5)

测差补偿绕组W4与串联二次负荷Z₀的二次绕组W2并联，用测差补偿绕组W4的二次压降I_CZ_C代替传统补偿式电流比较仪二次补偿绕组W3压降I_BZ_B，而二次补偿绕组W3与二次绕组W2并联，在补偿负荷阻抗的同时减少二次绕组W2的感应电势，减少比例绕组的容性泄漏，补偿后的等值负荷阻抗为R_BD＝I_CZ_C/I₂。具有三铁心结构的电流比较仪比传统电流比较仪多一个铁心，该铁心即起励磁作用，又兼做屏蔽铁心，可以降低漏磁通和杂散磁通引起的磁性误差。因此本发明的电流比较仪能减小其等值负荷阻抗约2个数量级，并综合改善其容性误差和磁性误差，提高电流比较仪的准确度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度电流比较仪，其特征在于，所述电流比较仪包括双级电流互感器组件和同轴设置在所述双级电流互感器组件中心的安匝平衡指示器。

2.如权利要求1所述的电流比较仪，其特征在于，所述安匝平衡指示器包括测差补偿绕组、检测绕组和三级铁心；

所述三级铁心设置在内磁屏蔽件中；

所述测差补偿绕组绕制在所述内磁屏蔽件上；

所述检测绕组绕制在三级铁心外壁上且与工频指零仪连接。

3.如权利要求2所述的电流比较仪，其特征在于，所述双级电流互感器组件包括一级铁心和同轴设置在所述一级铁心内的二级铁心。

4.如权利要求3所述的电流比较仪，其特征在于，所述一级铁心的外壁上依次绕制有二次绕组和一次绕组。

5.如权利要求4所述的电流比较仪，其特征在于，所述二次补偿绕组和一次补偿绕组之间、所述二次绕组和一次绕组之间均设有铜箔；所述铜箔接地；

所述测差补偿绕组的极性端与所述二次绕组的极性端连接；所述一次绕组的极性端与所述一次补偿绕组的极性端连接。

6.如权利要求4所述的电流比较仪，其特征在于，所述二级铁心的外壁上依次绕制有二次补偿绕组和一次补偿绕组；

所述二次补偿绕组与所述二次绕组并联连接。

7.如权利要求3所述的电流比较仪，其特征在于，所述内磁屏蔽件、一级铁心和二级铁心均包括剖面为凹形的环形槽和设置在所述环形槽的开口处的环形盖板，且所述内磁屏蔽件、一级铁心和二级铁心的横截面积依次增大。

8.如权利要求3至7任一项所述的电流比较仪，其特征在于，所述二级铁心、一级铁心和三级铁心的材料均为高磁导率材料。

9.如权利要求6所述的电流比较仪，其特征在于，所述二次补偿绕组、二次绕组和测差补偿绕组的匝数均相同。

10.如权利要求7所述的电流比较仪，其特征在于，所述环形盖板和所述环形槽之间设有绝缘衬垫。