CN112305486B - 一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法及系统 - Google Patents
一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法及系统，通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：将第一电流比例的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；当感应电压为零时，确定N’/1电流比例的误差，将校准后的电流比例为N’/1的电流比例标准作为标准器，将电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复量值扩展试验，得到电流比例为N/1的电流比例标准误差。
Description
技术领域
本发明涉及量值溯源技术领域，更具体地，涉及一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法及系统。
背景技术
电流互感器用于将电网一次大电流变换为二次小电流，二次电流进入计量、继电保护装置。因此电流互感器的准确与否关系着电能计量的准确与否，也关系着继电保护装置动作的准确与否。
电流互感器的准确与否通过检定、校准试验来确定。被检电流互感器与电流比例标准进行比较，通常，电流比例标准相对于电流互感器的误差可忽略，通过校验仪等设备测得它们的差值来确定被检电流互感器的误差。而电流比例标准的误差则通过更准确的电流比例标准以来确定，该过程的终点是电流比例国家基准。以上过程形成的链条即为电流比例的量值溯源。电流互感器的量值通过金字塔形的标准体系溯源至位于顶点的电流比例基准。
为了确定电流比例基准的误差（也称为不确定度，或称为量值），各国家均首先通过自校方法以得到1/1比例的量值，然后通过加法、乘法、β线路等一系列线路将量值扩展至更高的比例。现有技术很好的适应了工频电流比例标准的量值溯源。然而现有技术的工作量很大，各种线路非常繁琐复杂。如将其应用于宽频电流比例的量值溯源，由于频率点的增多，工作量将成倍增长。更大的困难是，随着频率升高，容性泄漏、杂散感抗等因素对量值准确度影响剧增，使得宽频电流比例量值溯源难度极大。现有技术的工作近几十年均无进展，国际上的几个发达国家计量院仍然采用上述方法。
电流比例标准一般为补偿式电流比较仪，以下简称为比较仪。这里介绍的是传统量值溯源方案。首先通过自校线路测量1/1比例的误差，然后通过一系列线路将量值扩展至n/1，通常n不低于1000。详细过程如下：
现有技术的自校线路如图1所示，自校不依赖于外部标准，可从自身溯源，是电流比例量值溯源的源头。它适用于电流比较仪的电流比n=1。原理线路如图1所示。图中W1、W2绕组中分别流过的是一次电流、二次电流。WB、WD绕组是电流比较仪的辅助绕组，E（电源）、D（指零仪）、HEG（校验仪）为辅助设备。通过该线路测量1/1电流比例的误差，或者说确定了1/1电流比例的量值。
现有技术的加法线路如图2所示，现有技术把额定电流比为n/1的参考比较仪的一次和二次电流相加，作为另一台比较仪的一次电流，可校准另一台比较仪（n+1）的电流比，测量线路如图2所示。图中T0为参考比较仪，Tx为被校准比较仪，Tm（辅助互感器）、Zp（阻抗箱）、HEG（校验仪）为辅助设备。
现有技术的乘法线路如图3所示，现有技术将两台电流比较仪级联，组合后的电流比例是两台电流比较仪电流比例的乘积。这样可加速电流比例量值扩展速度。乘法线路测量线路如图3所示。例如，两台参考电流比较仪的电流比例分别为5/1和10/1，采用乘法线路，可将量值传递至另一台比较仪的50/1电流比例。
图3中包括的各种设备为：两台参考比较仪（T1、T2），一台被校准比较仪（T3），三台指零仪（D1、D2、D3），两台辅助互感器（Tm1、Tm2），两台阻抗箱（ZP1、ZP2），一台校验仪（HEG）。
现有技术电流比例量值溯源的传统方法采用图1~图3所示线路，以及未列出的β线路、比较线路和除法线路，实现电流比例从1/1到n/1的扩展，n一般不低于1000。
然而，现有技术的线路繁琐操作复杂，现有技术包括6种线路，各种线路需连接的设备多、接线繁琐，因此试验人员非常容易出错；
现有技术的试验效率低，除了容易出错，采用该方案效率非常低。一方面是由于线路复杂，另一方面该方案需要多次调零。如图3所示，该线路包含三个指零仪（D1、D2、D3）和三个手动调节装置（ZP1、ZP2、HEG），需要反复调节使得三个指零仪都指零。完成一次工频电流比例量值溯源试验至少需要10天以上。如果应用该方案用作宽频电流比例溯源，由于测量点从单个50Hz点扩展到50Hz~1000Hz频率范围，甚至更宽的频率范围，工作量将大大增加。
现有技术引入的不确定度较大，现有技术线路的杂散电容和杂散电感对电流比例量值溯源试验的不确定度影响很大。仅应用于工频50Hz时，杂散参数影响相对较大。随着频率升高，杂散电容和杂散电感的影响急剧增大，将大大影响宽频电流比例的不确定度。
因此，需要一种技术，以实现基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源。
发明内容
本发明技术方案提供一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法有系统，以解决如何基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法，所述方法包括：
通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；
在获取第一电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：
将第一电流比例的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；
当宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零时，则确定N’/1电流比例的误差；
在获取N’/1电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N/1电流比例的量值扩展试验，将校准后的电流比例为N’/1的电流比例标准作为标准器，将电流比例比N’/1高的电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复所述量值扩展试验，进而得到比电流比例N’/1高的电流比例N/1的误差。
优选地，其中所述宽频电流比例自校线路包括：试验电源，第一电流比例的电流比例标准T1；所述电流比例标准T1的一次绕组同名端P1，非同名端P2；所述电流比例标准T1的二次绕组同名端为S1，非同名端S2；
所述试验电源输出一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述一次绕组同名端P1，经由非同名端P2输出后返回所述试验电源；其中，一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR产生的压降UR输入锁相放大器和数字万用表；
二次电流I S经由电流比例标准的负载电阻RL、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述非同名端S2；其中二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ产生的电压UΔ输入锁相放大器；基于所述压降UR和电压UΔ计算第一电流比例的误差。
优选地，其中所述宽频电流比例量值扩展线路包括：
用作标准器的第一电流比例标准、被校准的电流比例标准、正交误差电流源、宽频无源电流比较仪、电阻RR、电阻RL、电阻RΔ、指零仪、锁相放大器和数字万用表；
所述标准器和被校准电流比例标准的一次绕组的同名端相连接；
所述一次绕组的同名端通过间接接地技术将电位降至零电位；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR输入所述宽频无源电流比较仪的参考绕组，标准器二次绕组的非同名端接地；
所述被校准电流比例标准的二次电流I 2经由电阻RL输入所述宽频无源电流比较仪的可调绕组，被校准电流比例标准二次绕组的非同名端接地；
将所述正交误差电流源的误差电流输入到所述宽频无源电流比较器的差流绕组；
所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于所述宽频无源电流比较仪的可调绕组匝数与参考绕组匝数的比值；
所述宽频无源电流比较仪的检测绕组接指零仪；
所述宽频无源电流比较仪的参考绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述宽频无源电流比较仪的可调绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器。
优选地，所述调整所述正交误差电流源输出的误差电流的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零，还包括：所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于n时，当宽频无源电流比较器的检测绕组的感应电压为零时，由磁势平衡方程：
所述被校准电流比例标准相对标准器的误差为：
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器；
基于所述压降U R和压降U Δ计算被校准电流比例标准相对标准器的误差ε2’；
修正标准器误差后，被校准电流比例标准的绝对误差为：
其中，I 2 为被校准二次电流，I 1 为标准器二次电流，ΔI为正交误差电流源输出能够调整幅值和相位的误差电流，ε1为第一电流比例的误差。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的系统，所述系统包括：
获取单元，用于通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；
执行单元，用于在获取第一电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：
将第一电流比例的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；
确定单元，用于当宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零时，则确定N’/1电流比例的误差；
扩展单元，用于基于N’/1电流比例的误差校准N’/1电流比例，将校准后的电流比例为N’/1的互感器作为标准器，将比电流比例比N’/1高的电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复所述量值扩展试验，进而得到比电流比例比N’/1高的电流比例N/1的误差。
优选地，其中所述宽频电流比例自校线路包括：试验电源，第一电流比例的电流比例标准T1；所述电流比例标准T1的一次绕组同名端P1，非同名端P2；所述电流比例标准T1的二次绕组同名端为S1，非同名端S2；
所述试验电源输出一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述一次绕组同名端P1，经由非同名端P2输出后返回所述试验电源；其中，一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR产生的压降UR输入锁相放大器和数字万用表；
二次电流I S经由电流比例标准的负载电阻RL、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述非同名端S2；其中二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ产生的电压UΔ输入锁相放大器；基于所述压降UR和电压UΔ计算第一电流比例的误差。
优选地，其中所述宽频电流比例量值扩展线路包括：
用作标准器的第一电流比例标准、被校准的电流比例标准、正交误差电流源、宽频无源电流比较仪、电阻RR、电阻RL、电阻RΔ、指零仪、锁相放大器和数字万用表；
所述标准器和被校准电流比例标准的一次绕组的同名端相连接；
所述一次绕组的同名端通过间接接地技术将电位降至零电位；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR输入所述宽频无源电流比较仪的参考绕组，标准器二次绕组的非同名端接地；
所述被校准电流比例标准的二次电流I 2经由电阻RL输入所述宽频无源电流比较仪的可调绕组，被校准电流比例标准二次绕组的非同名端接地；
将所述正交误差电流源的误差电流输入到所述宽频无源电流比较器的差流绕组；
所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于所述宽频无源电流比较仪的可调绕组匝数与参考绕组匝数的比值。
所述宽频无源电流比较仪的检测绕组接指零仪；
所述宽频无源电流比较仪的参考绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述宽频无源电流比较仪的可调绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器。
优选地，所述调整所述正交误差电流源输出的误差电流的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零，还包括：所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于n时，当宽频无源电流比较器的检测绕组的感应电压为零时，由磁势平衡方程：
所述被校准电流比例标准相对标准器的误差为：
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器；
基于所述压降U R和压降U Δ计算被校准电流比例标准相对标准器的误差ε2’；
修正标准器误差后，被校准电流比例标准的绝对误差为：
其中，I 2 为被校准二次电流，I 1 为标准器二次电流，ΔI为正交误差电流源输出能够调整幅值和相位的误差电流，ε1为第一电流比例的误差。
优选地，所述第一电流比例为1/1电流比例。
本发明技术方案通过简化试验线路、减少试验线路种类、引入特殊的屏蔽结构等方法达到降低试验工作量、提升试验效率和降低不确定度的目的。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据现有技术的电流比较仪自校线路示意图；
图2为根据现有技术的电流比较仪加法线路示意图；
图3为根据现有技术的电流比较仪乘法线路示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的宽频电流比例1/1自校线路示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的基于安匝差测量原理的电流比例量值扩展线路示意图；
图6为根据本发明优选实施方式的一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法流程图；以及
图7为根据本发明优选实施方式的一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供了一种宽频电流比例量值溯源方案，从原理区分，包括2个测量线路：1/1自校线路和量值扩展线路。
（1）1/1自校线路
本线路的目的是获得1/1电流比例的误差。准确的说，如图4，需测量流出电流比例标准T1二次绕组S1端子的电流IS相对于流入一次绕组P1端子的电流IP的误差ε1，用公式表示如下：
由于IS、IP均为矢量，ε也为矢量，其实部代表比值差，虚部代表相位差。
如图4所示，T1为电流比例为1/1的电流比例标准，它的一次绕组同名端为P1，非同名端为P2，二次绕组同名端为S1，非同名端为S2；AC为试验电源，用于提供一次试验电流；RL为电流比例标准的负载电阻；RR为一次电流的采样电阻；RΔ为二次电流、一次电流差值的采样电阻。
一次电流IP从AC试验电源流出，经过RR、RΔ进入P1，流出P2，返回到AC试验电源。一次电流IP流过采样电阻RR产生的压降UR=RR˙IP，进入锁相放大器作为参考信号。
二次电流IS从S1流出，经过RL、RΔ流入S2。差流采样电阻上流过的电流IΔ产生的电压为UΔ=RΔ˙(IS-IP)，该电压进入锁相放大器测量。(IS-IP)即为电流比例标准T1的1/1比例的误差电流。
锁相放大器以参考通道信号UR为参考，分别测量UΔ矢量在UR矢量上的投影URX（同相分量）的大小，以及UΔ矢量在与UR正交的矢量上投影URY（正交分量）的大小。由于UR和IP为线性关系，UΔ和(IS-IP)为线性关系，所以可得到IΔ向量在IP向量投影的同相分量IΔX和正交分量IΔY的大小。一次电流IP的幅值可通过数字万用表测得。通过测得的这三个值，依据公式（1）容易推导1/1电流比例的误差ε1。
本线路的目的是获得n/1电流比例的误差。如图5所示，以流入标准器二次绕组同名端的电流I1为参考电流，测得流出被校准比例标准二次绕组同名端的电流I2（需经过匝数折算）的误差。
如图5所示，标准器为电流比例为1/1的电流比例标准，被校准比例标准的电流比例为n/1，n=2，3，…，6。标准器和被校准比例标准的一次绕组同名端相连，试验电源给一次绕组施加电流。标准器和被校准比例标准的二次电流分别为I1和I2，分别进入宽频无源电流比较仪的参考绕组和可调绕组。参考绕组的匝数为p匝，可调绕组的匝数为N*p匝，N=n，即可 调绕组的匝数是参考绕组匝数的N倍。正交误差电流源输出可调整幅值和相位的误差电流ΔI，进入宽频无源电流比较仪的差流绕组，其匝数为p匝。指零仪检测宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压。正交误差电流源的频率与试验电源频率保持一致，避免了频率差异造成指零仪显示波动。
由于绕组层间、绕组对地存在无法避免的电容，对于高频电流，由该类型电容引起的泄漏电流不可忽略，使得电流对铁芯的作用不能简单的用电流大小和绕组匝数乘积（安匝数）表示。图5中的宽频无源电流比较仪采用的特殊屏蔽结构可消除容性泄漏电流的影响。
调节正交误差电流源输出的大小和相位，使指零仪的指示为0，由磁势平衡方程，得到：
由于N=n，式（2）可变换为：
由误差定义，被校准n/1比例标准相对标准器的误差为：
如图5所示，ΔI在差流采样电阻RΔ上的压降为UΔ，I1在标准电流采样电阻RR上的压降为UR，通过测量这两个信号，可计算出式（5）中的误差ε2’。信号测量原理与图4相同。
修正标准器误差后，得到n/1比例标准的误差为：
通过宽频电流比例扩展线路，可将1/1电流比例的量值传递至2/1、3/1、…、6/1。进一步，将2/1、3/1、…、6/1的电流比例作为标准器，其量值最高可扩展至36/1。再经过一步，电流比例量值可扩展至200/1以上。
图6为根据本发明优选实施方式的一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法流程图。如图6所示，本发明提供一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法，方法包括：
步骤601：通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；
步骤602：在获取第一电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：
步骤603：将电流比例为第一的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；
步骤604：当宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零时，则确定N’/1电流比例的误差；
步骤605：基于N’/1电流比例的误差校准N/1电流比例，将校准后的电流比例为N’/1的电流比例标准作为标准器，将电流比例比N’/1高的电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复量值扩展试验，进而得到电流比例比N’/1高的电流比例N/1的误差。
本发明中，N’取值：2~6，N取值：8~36。
优选地，其中宽频电流比例自校线路包括：试验电源，第一电流比例的电流比例标准T1；电流比例标准T1的一次绕组同名端P1，非同名端P2；电流比例标准T1的二次绕组同名端为S1，非同名端S2；
试验电源输出一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入一次绕组同名端P1，经由非同名端P2输出后返回试验电源；其中，一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR产生的压降UR输入锁相放大器和数字万用表；
二次电流I S经由电流比例标准的负载电阻RL、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入非同名端S2；其中二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ产生的电压UΔ输入锁相放大器；基于压降UR和电压UΔ计算第一电流比例的误差。
优选地，其中宽频电流比例量值扩展线路包括：
用作标准器的第一电流比例标准、被校准的电流比例标准、正交误差电流源、宽频无源电流比较仪、电阻RR、电阻RL、电阻RΔ、指零仪、锁相放大器和数字万用表；
标准器和被校准电流比例标准的一次绕组的同名端相连接；
一次绕组的同名端通过间接接地技术将电位降至零电位；
标准器的二次电流I 1经由电阻RR输入宽频无源电流比较仪的参考绕组，标准器二次绕组的非同名端接地；
被校准电流比例标准的二次电流I 2经由电阻RL输入宽频无源电流比较仪的可调绕组，被校准电流比例标准二次绕组的非同名端接地；
将正交误差电流源的误差电流输入到宽频无源电流比较器的差流绕组；
被校准电流比例标准变比与标准器变比的比值等于宽频无源电流比较仪的可调绕组匝数与参考绕组匝数的比值。
宽频无源电流比较仪的参考绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
宽频无源电流比较仪的可调绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器。
优选地，调整正交误差电流源输出的误差电流的大小和相位，使得宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零，还包括：被校准电流比例标准变比与标准器变比的比值等于n时，当宽频无源电流比较器的检测绕组的感应电压为零时，由磁势平衡方程：
被校准电流比例标准相对标准器的误差为：
标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器；
基于压降U R和压降U Δ计算被校准电流比例标准相对标准器的误差ε2’。
本发明中，n取值为：2~6。
修正标准器误差后，被校准电流比例标准的绝对误差为：
其中，I 2 为被校准二次电流，I 1 为标准器二次电流，ΔI为正交误差电流源输出能够调整幅值和相位的误差电流，ε1为第一电流比例的误差。
图7为根据本发明优选实施方式的一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的系统结构图。如图7所示，本发明提供一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的系统，系统包括：
获取单元701，用于通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；
执行单元702，用于在获取第一电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：
将电流比例为第一的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；
确定单元703，用于当宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零时，则确定N’/1电流比例的误差；
扩展单元704，用于基于N’/1电流比例的误差校准N/1电流比例，将校准后的电流比例为N’/1的互感器作为标准器，将电流比例比N’/1高的电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复量值扩展试验，进而得到电流比例比N’/1高的电流比例N/1的误差。
本发明中，N’取值：2~6，N取值：8~36。
优选地，其中宽频电流比例自校线路包括：试验电源，第一电流比例的电流比例标准T1；电流比例标准T1的一次绕组同名端P1，非同名端P2；电流比例标准T1的二次绕组同名端为S1，非同名端S2；
试验电源输出一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入一次绕组同名端P1，经由非同名端P2输出后返回试验电源；其中，一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR产生的压降UR输入锁相放大器和数字万用表；
二次电流I S经由电流比例标准的负载电阻RL、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入非同名端S2；其中二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ产生的电压UΔ输入锁相放大器；基于压降UR和电压UΔ计算第一电流比例的误差。
优选地，其中宽频电流比例量值扩展线路包括：
用作标准器的第一电流比例标准、被校准的电流比例标准、正交误差电流源、宽频无源电流比较仪、电阻RR、电阻RL、电阻RΔ、指零仪、锁相放大器和数字万用表；
标准器和被校准电流比例标准的一次绕组的同名端相连接；
一次绕组的同名端通过间接接地技术将电位降至零电位；
标准器的二次电流I 1经由电阻RR输入宽频无源电流比较仪的参考绕组，标准器二次绕组的非同名端接地；
被校准电流比例标准的二次电流I 2经由电阻RL输入宽频无源电流比较仪的可调绕组，被校准电流比例标准二次绕组的非同名端接地；
将正交误差电流源的误差电流输入到宽频无源电流比较器的差流绕组；
被校准电流比例标准变比与标准器变比的比值等于宽频无源电流比较仪的可调绕组匝数与参考绕组匝数的比值。
宽频无源电流比较仪的参考绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
宽频无源电流比较仪的可调绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器。
优选地，调整正交误差电流源输出的误差电流的大小和相位，使得宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零，还包括：被校准电流比例标准变比与标准器变比的比值等于n时，当宽频无源电流比较器的检测绕组的感应电压为零时，由磁势平衡方程：
被校准电流比例标准相对标准器的误差为：
标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器；
基于压降U R和压降U Δ计算被校准电流比例标准相对标准器的误差ε2’。
本发明中，n取值为：2~6。
修正标准器误差后，被校准电流比例标准的绝对误差为：
其中，I 2 为被校准二次电流，I 1 为标准器二次电流，ΔI为正交误差电流源输出能够调整幅值和相位的误差电流，ε1为第一电流比例的误差。
本发明通过简化试验线路、减少试验线路种类、引入特殊的屏蔽结构等方法达到降低试验工作量、提升试验效率和降低不确定度的目的。
本发明接线简单，本发明的量值溯源线路由5~6种简化至2种：1/1自校线路和量值扩展线路，且需连接的设备非常少，接线非常简单。
本发明与现有技术相比效率高，与现有技术相比，①没有使用加法线路、β线路；②量值扩展线路不需要级联两台比例标准；③仅需一次平衡，即调节正交误差电流源使指零仪的指示为零，而方案一最高需要三台手动调节装置、三个指零仪。由于以上优点，试验效率可大幅提升，工作量可减轻至方案一的1/5以下。
本发明大幅降低引入的不确定度，本发明与现有技术相比，由于线路种类大大减少，接线简单的多，因而线路的杂散参数更容易控制，试验表明，利用该方案可将100Hz~3000Hz频带范围内的不确定度降至1×10-6以下，而现有技术的传统工频量值溯源方案来解决宽频电流比例的量值溯源，不确定度至少增大至5×10-6。
本发明的可扩展的比例更高，利用现有技术的传统工频量值溯源方案来解决宽频电流比例的量值溯源，由于前述线路复杂、效率低、不确定度大等原因，一般只能将量值扩展至12/1，就几乎无法再开展下去，利用本方案可以较容易的将量值扩展至200/1以上。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的方法，所述方法包括：
通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；
在获取第一电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：
将第一电流比例的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；
当宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零时，则确定N’/1电流比例的误差；
在获取N’/1电流比例的误差后，将校准后的电流比例为N’/1的电流比例标准作为标准器，将电流比例比N’/1高的电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复所述量值扩展试验，进而得到比电流比例N’/1高的电流比例N/1的误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述宽频电流比例自校线路包括：试验电源，第一电流比例的电流比例标准T1；所述电流比例标准T1的一次绕组同名端P1，非同名端P2；所述电流比例标准T1的二次绕组同名端为S1，非同名端S2；
所述试验电源输出一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述一次绕组同名端P1，经由非同名端P2输出后返回所述试验电源；其中，一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR产生的压降UR输入锁相放大器和数字万用表；
二次电流I S经由电流比例标准的负载电阻RL、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述非同名端S2；其中二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ产生的电压UΔ输入锁相放大器；基于所述压降UR和电压UΔ计算第一电流比例的误差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述宽频电流比例量值扩展线路包括：
用作标准器的第一电流比例标准、被校准的电流比例标准、正交误差电流源、宽频无源电流比较仪、电阻RR、电阻RL、电阻RΔ、指零仪、锁相放大器和数字万用表；
所述标准器和被校准电流比例标准的一次绕组的同名端相连接；
所述一次绕组的同名端通过间接接地技术将电位降至零电位；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR输入所述宽频无源电流比较仪的参考绕组，标准器二次绕组的非同名端接地；
所述被校准电流比例标准的二次电流I 2经由电阻RL输入所述宽频无源电流比较仪的可调绕组，被校准电流比例标准二次绕组的非同名端接地；
将所述正交误差电流源的误差电流输入到所述宽频无源电流比较器的差流绕组；
所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于所述宽频无源电流比较仪的可调绕组匝数与参考绕组匝数的比值；
所述宽频无源电流比较仪的检测绕组接指零仪；
所述宽频无源电流比较仪的参考绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述宽频无源电流比较仪的可调绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器。
4.根据权利要求1所述的方法，所述调整所述正交误差电流源输出的误差电流的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零，还包括：所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于n时，当宽频无源电流比较器的检测绕组的感应电压为零时，由磁势平衡方程：
所述被校准电流比例标准相对标准器的误差为：
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器；
基于所述压降U R和压降U Δ计算被校准电流比例标准相对标准器的误差ε2’；
修正标准器误差后，被校准电流比例标准的绝对误差为：
其中，I 2 为被校准二次电流，I 1 为标准器二次电流，ΔI为正交误差电流源输出能够调整幅值和相位的误差电流，ε1为第一电流比例的误差。
5.根据权利要求1所述的方法，所述第一电流比例为1/1电流比例。
6.一种基于安匝差测量对宽频电流比例的量值进行溯源的系统，所述系统包括：
获取单元，用于通过宽频电流比例自校线路获取第一电流比例的误差；
执行单元，用于在获取第一电流比例的误差后，使用宽频电流比例量值扩展线路进行N’/1电流比例的量值扩展试验：
将第一电流比例第一的标准器和电流比例为N’/1的被校准电流比例标准的二次电流在宽频无源电流比较仪中进行等安匝比较，将正交误差电流源的误差电流ΔI输入到宽频无源电流比较仪的差流绕组，调整误差电流ΔI的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零；
确定单元，用于当宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零时，则确定N’/1电流比例的误差；
扩展单元，用于基于N’/1电流比例的误差校准N/1电流比例，将校准后的电流比例为N’/1的电流比例标准作为标准器，将电流比例比N’/1高的电流比例N/1作为被校准电流比例标准重复所述量值扩展试验，进而得到比电流比例N’/1高的电流比例N/1的误差。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述宽频电流比例自校线路包括：试验电源，第一电流比例的电流比例标准T1；所述电流比例标准T1的一次绕组同名端P1，非同名端P2；所述电流比例标准T1的二次绕组同名端为S1，非同名端S2；
所述试验电源输出一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述一次绕组同名端P1，经由非同名端P2输出后返回所述试验电源；其中，一次电流I P 经由一次电流的采样电阻RR产生的压降UR输入锁相放大器和数字万用表；
二次电流I S经由电流比例标准的负载电阻RL、二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ输入所述非同名端S2；其中二次电流I S与一次电流差值的采样电阻RΔ产生的电压UΔ输入锁相放大器；基于所述压降UR和电压UΔ计算第一电流比例的误差。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述宽频电流比例量值扩展线路包括：
用作标准器的第一电流比例标准、被校准的电流比例标准、正交误差电流源、宽频无源电流比较仪、电阻RR、电阻RL、电阻RΔ、指零仪、锁相放大器和数字万用表；
所述标准器和被校准电流比例标准的一次绕组的同名端相连接；
所述一次绕组的同名端通过间接接地技术将电位降至零电位；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR输入所述宽频无源电流比较仪的参考绕组，标准器二次绕组的非同名端接地；
所述被校准电流比例标准的二次电流I 2经由电阻RL输入所述宽频无源电流比较仪的可调绕组，被校准电流比例标准二次绕组的非同名端接地；
将所述正交误差电流源的误差电流输入到所述宽频无源电流比较器的差流绕组；
所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于所述宽频无源电流比较仪的可调绕组匝数与参考绕组匝数的比值；
所述宽频无源电流比较仪的检测绕组接指零仪；
所述宽频无源电流比较仪的参考绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述宽频无源电流比较仪的可调绕组的屏蔽绕组的非同名端接地；
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器。
9.根据权利要求6所述的系统，所述调整所述正交误差电流源输出的误差电流的大小和相位，使得所述宽频无源电流比较仪的检测绕组的感应电压为零，还包括：所述被校准电流比例标准变比与所述标准器变比的比值等于n时，当宽频无源电流比较器的检测绕组的感应电压为零时，由磁势平衡方程：
所述被校准电流比例标准相对标准器的误差为：
所述标准器的二次电流I 1经由电阻RR产生的压降U R输入锁相放大器和数字万用表；
所述正交误差电流源输出的电流ΔI经由电阻RΔ产生的压降U Δ输入锁相放大器；
基于所述压降U R和压降U Δ计算被校准电流比例标准相对标准器的误差ε2’；
修正标准器误差后，被校准电流比例标准的绝对误差为：
其中，I 2 为被校准二次电流，I 1 为标准器二次电流，ΔI为正交误差电流源输出能够调整幅值和相位的误差电流，ε1为第一电流比例的误差。
10.根据权利要求6所述的系统，所述第一电流比例为1/1电流比例。
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