CN106443536A - 一种电流比较仪的校准系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流比较仪的校准系统及校准方法，该系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和被校准电流比较仪；标准电流比较仪的一次绕组与被校准电流比较仪的一次绕组均连接至电源；标准电流比较仪的二次绕组与被校准电流比较仪的二次绕组分别与安匝差测量器连接。该方法通过传统电流比例标准自校准线路，确定初始变比的误差；通过安匝差测量器测量标准器与被校准电流比例标准的二次电流安匝差，实现电流比例量值向更高变比传递。本发明提出的系统和方法，保证了校准电流准确性，无需手动调节误差电流，大大减小了调节工作量及接线工作量，降低了量值传递过程中不确定度损失环节；避免构成标准器和被校准电流比例标准的附加阻抗。

Description

一种电流比较仪的校准系统及校准方法

技术领域

本发明涉及电流校准领域，具体涉及一种电流比较仪的校准系统及校准方法。

背景技术

目前世界各国计量机构普遍使用的导出工频电流比例量值的方法是通过被校准电流比较仪进行自校准。使用被校准电流比较仪进行电流比例量值自校准的线路包括：测量被校准电流比较仪一次与二次电流误差的自校线路；测量两台额定电流比相同的被校准电流比较仪误差的比较线路；测量被校准电流比较仪二次非极性端误差的β测量线路；用两台被校准电流比较仪实现的M+N电流加法线路；用三台被校准电流比较仪级联实现的M×N级联乘法线路和除法线路等。

这种量值传递方法有着准确度高的优点。但是接线方式复杂，试验技术难度高，整个检定/校准过程存在自动化程度低、工作量大的问题。传统电流比例标准的自校准工作往往需要专业人员通过人工操作及后期数据处理来确认量值，完成一次自校准大致需要15天。

因此，如何设计一种在保证电流比例标准自身的准确度的同时，实现过程简单且自动化程度高的被校准电流比较仪的校准方法，是本领域的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种电流比较仪的校准系统及校准方法，该系统和方法保证了校准电流准确性，无需手动调节误差电流，大大减小了调节工作量及接线工作量，降低了量值传递过程中不确定度损失环节；避免构成标准器和被校准电流比例标准的附加阻抗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电流比较仪的校准系统，所述系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和与被校准电流比较仪；

所述标准电流比较仪的一次绕组与所述被校准电流比较仪的一次绕组均连接至电源；

所述标准电流比较仪的二次绕组、被校准电流比较仪的二次绕组分别与所述安匝差测量器连接。

优选的，所述安匝差测量器包括1个内部包含磁屏蔽结构的铁心、绕制在所述铁心上的标准输入绕组、被测输入绕组、误差电流平衡绕组和检测绕组；

所述检测绕组与一个高倍率放大电路的输入相连接；

高倍率放大电路的输出端、误差电流采样电阻及所述误差电流平衡绕组依次串联。

优选的，所述标准电流比较仪的二次绕组与所述标准输入绕组连接；所述被校准电流比较仪的二次绕组与所述被测输入绕组连接。

优选的，所述被校准电流比较仪的一次额定电流是所述标准电流比较仪的一次额定电流的N倍；所述安匝差测量器的所述被测输入绕组的匝数是所述标准输入绕组的匝数的N倍；N为2至10的整数。

一种电流比较仪的校准方法，所述方法通过被校准电流比较仪的校准系统实现；所述系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和被校准电流比较仪；所述方法包括如下步骤：

步骤1.对所述标准电流比较仪进行变比为初始值的自校准试验，测得变比为初始值时所述标准电流比较仪的电流误差值；

步骤2.将所述标准电流比较仪的初始变比作为标准变比，以校准变比为2倍于标准变比的所述被校准电流比较仪，确定被校准电流比较仪在该变比下的误差；

步骤3.更改所述被校准电流比较仪的变比；重复步骤2，逐步测量被校准电流比较仪的更高变比，直至确定变比为10倍于标准变比的所述被校准电流比较仪的误差；

步骤4.将变比值为10倍于当前标准变比的变比作为的新的标准变比，重复步骤2至3；直到完成所述被校准电流比较仪的全部变比值的校准，校准结束。

优选的，所述步骤2，包括：

2-1.将所述标准电流比较仪的一次绕组与所述被校准电流比较仪的一次绕组均连接至电源；所述标准电流比较仪的二次绕组与所述被校准电流比较仪的二次绕组分别与所述安匝差测量器连接；

2-2.连接所述安匝差测量器；所述安匝差测量器包括1个内部包含磁屏蔽结构的铁心、绕制在所述铁心上的标准输入绕组、被测输入绕组、误差电流平衡绕组和检测绕组；

连接所述检测绕组与高倍率放大电路的输入端；

依次串联高倍率放大电路的输出端、误差电流采样电阻及所述误差电流平衡绕组；

2-3.连接所述标准电流比较仪的二次绕组与所述标准输入绕组；连接所述被校准电流比较仪的二次绕组与所述被测输入绕组；

2-4.根据当前的变比值的所述标准电流比较仪的误差值，测量和计算得到所述被校准电流比较仪在当前的变比值时的电流误差值。

优选的，所述2-4，包括：

根据当前的变比值的所述标准电流比较仪的误差值，计算得到所述被校准电流比较仪在当前的变比值时的电流误差值ε：

其中，

其中，为所述安匝差测量器输出的误差电流；为所述标准电流比较仪的二次绕组侧的二次电流；为所述被校准电流比较仪的二次绕组的二次电流；M为所述标准输入绕组的匝数，(M×N)为被测输入绕组的匝数，且N＝2...10；为所述标准电流比较仪对安匝差测量器的铁心的作用安匝数；为所述被校准电流比较仪的铁心的作用安匝数；为所述标准电流比较仪的一次侧的作用安匝数。

优选的，所述变比的初始值为5A/5A。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种电流比较仪的校准系统及校准方法，该系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和与标准电流比较仪被校准电流比较仪；标准电流比较仪的一次绕组的同名端与被校准电流比较仪的一次绕组的同名端相连，非同名端均连接至电源；标准电流比较仪的二次绕组与被校准电流比较仪的二次绕组分别与安匝差测量器连接。该方法通过传统电流比例标准自校准线路，确定初始变比的误差；通过安匝差测量器测量标准器与被校准电流比例标准的二次电流安匝差，实现电流比例量值向更高变比传递。本发明提出的系统和方法，保证了测量准确性，无需手动调节误差电流，大大减小了调节工作量及接线工作量，减少了量值传递过程中的不确定度损失环节；避免构成标准器和被校准电流比例标准的附加阻抗。

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，系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和标准电流比较仪被校准电流比较仪；标准电流比较仪的一次绕组的同名端与被校准电流比较仪的一次绕组的同名端相连，非同名端均连接至电源；标准电流比较仪的二次绕组与被校准电流比较仪的二次绕组分别与安匝差测量器连接。该方法通过传统电流比例标准自校准线路，确定初始变比的误差；通过安匝差测量器测量标准器与被校准电流比例标准的二次电流安匝差，实现电流比例量值向更高变比传递。本发明提出的系统和方法，保证了测量准确性，无需手动调节误差电流，大大减小了调节工作量及接线工作量，减少了量值传递过程中的不确定度损失环节；避免构成标准器和被校准电流比例标准的附加阻抗。

2、本发明所提供的技术方案，安匝差测量器通过辅助电路构成一个自动平衡系统，跟传统电流比例标准校准方法不同，无需手动调节误差电流，大大减小了工作量。

3、本发明所提供的技术方案，使用安匝差测量器使得一个变比可以校准多个变比，减少厂接线工作量，并减少了量值传递过程中的不确定度损失环节。

4、本发明所提供的技术方案，由于安匝差自平衡的原因，安匝差测量器是一个零磁通系统，它的输入阻抗很低，不会构成标准器和被校准电流比例标准的附加阻抗。

5、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种电流比较仪的校准系统的结构示意图；

图2是本发明的一种电流比较仪的校准方法的流程示意图。

其中，1-电源、2-标准电流比较仪、3-被校准电流比较仪、4-安匝差测量器、5-标准输入绕组、6-被测输入绕组、7-误差电流平衡绕组、8-检测绕组、9-高倍率放大电路、10-误差电流采样电阻。

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，本发明提供一种电流比较仪的校准系统，包括安匝差测量器4、标准电流比较仪2和被校准电流比较仪3；

标准电流比较仪2的一次绕组与被校准电流比较仪3的一次绕组均连接至电源1；

标准电流比较仪2的二次绕组与被校准电流比较仪3的二次绕组分别与安匝差测量器4连接。

其中，安匝差测量器4是一种测量两个二次电流安匝差的自平衡装置；安匝差测量器4包括1个内部包含磁屏蔽结构的铁心、绕制在铁心上的标准输入绕组5、被测输入绕组6、误差电流平衡绕组7和检测绕组8；

检测绕组8与一个高倍率放大电路9的输入相连接；

高倍率放大电路9的输出端、误差电流采样电阻10及误差电流平衡绕组7依次串联。

标准电流比较仪2的二次绕组与标准输入绕组5连接；被校准电流比较仪3的二次绕组与被测输入绕组6连接。

被校准电流比较仪3的一次额定电流是标准电流比较仪的一次额定电流的N倍；安匝差测量器4的被测输入绕组6的匝数是标准输入绕组5的匝数的N倍；N为2至10。

将标准电流比较仪2的标准电流和被校准的被校准电流比较仪3的电流输入两个绕组，使得它们的额定安匝数相同，并比较安匝差，从而标准电流比较仪2的一个变比可以校准多个变比，实现电流比例标准的快速溯源。

如上的两个绕组也可以合并为一个绕组，通过绕组抽头构成自耦式的安匝差比较器，也可以实现标准器的一个变比可以校准多个变比。

如图1至2所示，本发明提供一种电流比较仪的校准方法，通过被校准电流比较仪校准系统实现；系统包括安匝差测量器4、标准电流比较仪2和被校准电流比较仪3；方法包括如下步骤：

步骤1.对标准电流比较仪进行变比为初始值的自校准试验，测得变比为初始值时标准电流比较仪的电流误差值；

步骤2.将标准电流比较仪的初始变比作为标准变比，以校准变比为2倍于标准变比的被校准电流比较仪，确定被校准电流比较仪在该变比下的误差；

步骤3.更改被校准电流比较仪的变比；重复步骤2，逐步测量被校准电流比较仪的更高变比，直至确定变比为10倍于标准变比的被校准电流比较仪的误差；

步骤4.将变比值为10倍于当前标准变比的变比作为的新的标准变比，重复步骤2至3；直到完成被校准电流比较仪的全部变比值的校准，校准结束。

优选的，步骤2，包括：

2-1.将标准电流比较仪的一次绕组与被校准电流比较仪的一次绕组均连接至电源；标准电流比较仪的二次绕组与被校准电流比较仪的二次绕组分别与安匝差测量器连接；

2-2.连接安匝差测量器；安匝差测量器包括1个内部包含磁屏蔽结构的铁心、绕制在铁心上的标准输入绕组、被测输入绕组、误差电流平衡绕组和检测绕组；

连接检测绕组与高倍率放大电路的输入端；

依次串联高倍率放大电路的输出端、误差电流采样电阻及误差电流平衡绕组；

2-3.连接标准电流比较仪的二次绕组与标准输入绕组；连接被校准电流比较仪的二次绕组与被测输入绕组；

2-4.根据当前的变比值的标准电流比较仪的误差值，测量和计算得到被校准电流比较仪在当前的变比值时的电流误差值。

2-4，包括：

根据当前的变比值的标准电流比较仪的误差值，计算得到被校准电流比较仪在当前的变比值时的电流误差值ε：

其中，

其中，为所述安匝差测量器输出的误差电流；为所述标准电流比较仪的二次绕组侧的二次电流；为所述被校准电流比较仪的二次绕组的二次电流；M为所述标准输入绕组的匝数，(M×N)为被测输入绕组的匝数，且N＝2...10；为所述标准电流比较仪对安匝差测量器的铁心的作用安匝数；为所述被校准电流比较仪的铁心的作用安匝数；为所述标准电流比较仪的一次侧的作用安匝数。

变比的初始值为5A/5A。

本发明提供一种电流比较仪的校准方法的应用例，如下：

通过传统电流比例标准自校准线路，确定标准电流比较仪的5A/5A变比的误差，即为量值溯源的起点；

通过安匝差测量器测量标准电流比较仪与被校准电流比较仪的二次电流安匝差，实现电流比例量值向更高变比传递；

其中，安匝差测量器是一种测量两个二次电流安匝差的自平衡装置；

由前述方法确定量值的5A/5A电流比例标准，标准电流比较仪校准变比为(5×N)A/5A的被校准电流比较仪，其中N最大为10，即量值最高可传递至50A/5A；

标准电流比较仪与被校准电流比较仪的一次绕组的同名端相连，由电源提供试验电流；设标准电流比较仪的二次电流为被校准的被校准电流比较仪的二次电流为二者分别进入安匝差测量器的标准输入绕组和被测输入绕组。标准输入绕组的匝数为M匝，被测输入绕组的匝数为(M×N)匝。

标准电流比较仪对安匝差测量器的铁心的作用安匝数为被校准电流比较仪的作用为二者的额定安匝数相等。其合成作用为二者的安匝差安匝差测量器的安匝平衡绕组，其匝数为1，能够自动提供误差安匝与平衡，有下式成立：

由电流互感器误差定义，被校准的标准电流比较仪的相对误差为：

由式(1)和式(2)，只要测得安匝差测量器的安匝平衡绕组提供的误差安匝即计算得到被校准电流比较仪的误差。

通过该方法可将5A/5A的电流比例量值传递至10A/5A、15A/5A，...，50A/5A。进一步，可将50A/5A变比作为标准电流比较仪，将电流比例量值最高传递至500A/5A。进一步，将500A/5A变比作为标准电流比较仪，将电流比例量值最高传递至5000A/5A。

流过标准输入绕组和被测输入绕组的电流的合成作用为安匝差该安匝差激励安匝差测量器的铁心，并在检测绕组上感应电压，该感应电压被高倍率放大电路放大，并输出误差电流自动与平衡。误差电流流过采样电阻，产生压降测量进而计算得到被校准电流比较仪的误差。

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 (8)

1.一种电流比较仪的校准系统，其特征在于，所述系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和与被校准电流比较仪；

所述标准电流比较仪的一次绕组与所述被校准电流比较仪的一次绕组均连接至电源；

所述标准电流比较仪的二次绕组、被校准电流比较仪的二次绕组分别与所述安匝差测量器连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安匝差测量器包括1个内部包含磁屏蔽结构的铁心、绕制在所述铁心上的标准输入绕组、被测输入绕组、误差电流平衡绕组和检测绕组；

所述检测绕组与一个高倍率放大电路的输入相连接；

高倍率放大电路的输出端、误差电流采样电阻及所述误差电流平衡绕组依次串联。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述标准电流比较仪的二次绕组与所述标准输入绕组连接；所述被校准电流比较仪的二次绕组与所述被测输入绕组连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述被校准电流比较仪的一次额定电流是所述标准电流比较仪的一次额定电流的N倍；所述安匝差测量器的所述被测输入绕组的匝数是所述标准输入绕组的匝数的N倍；N为2至10的整数。

5.一种电流比较仪的校准方法，其特征在于，所述方法通过被校准电流比较仪的校准系统实现；所述系统包括安匝差测量器、标准电流比较仪和被校准电流比较仪；所述方法包括如下步骤：

步骤1.对所述标准电流比较仪进行变比为初始值的自校准试验，测得变比为初始值时所述标准电流比较仪的电流误差值；

步骤2.将所述标准电流比较仪的初始变比作为标准变比，以校准变比为2倍于标准变比的所述被校准电流比较仪，确定被校准电流比较仪在该变比下的误差；

步骤3.更改所述被校准电流比较仪的变比；重复步骤2，逐步测量被校准电流比较仪的更高变比，直至确定变比为10倍于标准变比的所述被校准电流比较仪的误差；

步骤4.将变比值为10倍于当前标准变比的变比作为的新的标准变比，重复步骤2至3；直到完成所述被校准电流比较仪的全部变比值的校准，校准结束。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2，包括：

2-1.将所述标准电流比较仪的一次绕组与所述被校准电流比较仪的一次绕组均连接至电源；所述标准电流比较仪的二次绕组与所述被校准电流比较仪的二次绕组分别与所述安匝差测量器连接；

2-2.连接所述安匝差测量器；所述安匝差测量器包括1个内部包含磁屏蔽结构的铁心、绕制在所述铁心上的标准输入绕组、被测输入绕组、误差电流平衡绕组和检测绕组；

连接所述检测绕组与高倍率放大电路的输入端；

依次串联高倍率放大电路的输出端、误差电流采样电阻及所述误差电流平衡绕组；

2-3.连接所述标准电流比较仪的二次绕组与所述标准输入绕组；连接所述被校准电流比较仪的二次绕组与所述被测输入绕组；

2-4.根据当前的变比值的所述标准电流比较仪的误差值，测量和计算得到所述被校准电流比较仪在当前的变比值时的电流误差值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述2-4，包括：

根据当前的变比值的所述标准电流比较仪的误差值，计算得到所述被校准电流比较仪在当前的变比值时的电流误差值ε：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{N{\stackrel{\·}{I}}_2-{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}=\frac{\mathrm{MN}{\stackrel{\·}{I}}_2-M{\stackrel{\·}{I}}_1}{M{\stackrel{\·}{I}}_1};$

其中， $\mathrm{MN}{\stackrel{\·}{I}}_2-M{\stackrel{\·}{I}}_1=\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I};$

其中，为所述安匝差测量器输出的误差电流；为所述标准电流比较仪的二次绕组侧的二次电流；为所述被校准电流比较仪的二次绕组的二次电流；M为所述标准输入绕组的匝数，(M×N)为被测输入绕组的匝数，且N＝2...10；为所述标准电流比较仪对安匝差测量器的铁心的作用安匝数；为所述被校准电流比较仪的铁心的作用安匝数；为所述标准电流比较仪的一次侧的作用安匝数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述变比的初始值为5A/5A。