CN112379150A - 一种直流大电流纹波测量装置及方法 - Google Patents

一种直流大电流纹波测量装置及方法 Download PDF

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周新华
黄启宇
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Abstract

本发明公开了一种直流大电流纹波测量装置及方法，所述装置包括：直流比较仪，与直流大电流I1电路连接，用于按一定比例因子获得缩小的小电流信号I2；精密取样电阻，两端与所述直流比较仪的输出端电路连接，用于获得精密取样电阻两端的电压信号U1；带通滤波器，输入端与所述精密取样电阻2电路连接，用于得到所需测量的特定频段的交流信号U2；将所述交流信号U2输送至热电转换系统，通过固态热真有效值转换器得到交流信号U2的有效值。本发明解决了直接式测量误差较大的缺点，大大减小了测量过程中的误差，达到了精密准确测量直流大电流纹波的效果，能够满足电能计量中直流大电流纹波的精密测量需求。

Description

一种直流大电流纹波测量装置及方法
技术领域
本发明涉及精密测量领域，特别地，涉及一种直流大电流纹波测量装置及方法。
背景技术
随着近年来电动汽车的飞速发展和广泛应用，对直流电能计量的要求也越来越高，通常会需要稳定的直流大电流源。但在实际应用中，由于使用开关电源，直流电流中会包含大量的纹波，这些纹波会对电能计量带来误差。2017年国家施行了GB/T 33708-2017《静止式直流电能表》，其中明确了直流纹波影响试验的做法和误差改变限值。所以我们需要对电路中直流大电流纹波进行测量。传统的直流纹波测量方法一般为直接式测量，通过串联分流器实现，通过示波器或者数表对分流器上交流电压的测量，根据欧姆定律计算出分流器上经过的交流纹波电流的大小。
上述测量方法能粗略地测得直流电流中纹波分量的有效值，但由于分流器和示波器的等级限制，使测得的纹波分量大小的误差较大，同时由于是被测信号直接和测量仪器直接进行测试，达不到隔离的效果，也会使测量结果误差增大，因此该方法不能用于精密的大电流纹波测量。
发明内容
本发明一方面提供了一种直流大电流纹波测量装置，以解决现有直流大电流纹波测量误差较大、精度低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种直流大电流纹波测量装置，包括：
直流比较仪，与直流大电流I1电路连接，用于按一定比例因子获得缩小的小电流信号I2；
精密取样电阻，两端与所述直流比较仪的输出端电路连接，用于获得精密取样电阻两端的电压信号U1；
带通滤波器，输入端与所述精密取样电阻电路连接，用于得到所需测量的特定频段的交流信号U2；
热电转换系统，与所述带通滤波器的输出端电路连接，用于通过固态热真有效值转换器，获得所述交流信号U2的有效值。
进一步地，还包括：
处理器，用于根据交流信号U2的有效值、精密取样电阻的电阻值R、直流比较仪的比例因子N计算得到大电流中所需测量频段中纹波大小：
I＝U2/R*N。
进一步地，所述直流比较仪采用1000A直流比较仪，一次输入电流为1000A，二次绕组输出为0.4A。
进一步地，所述精密取样电阻采用Vishay精密取样电阻，电阻标称阻值为2.5Ω。
进一步地，所述带通滤波器为有源低通滤波器，截止频率为100kHz。
进一步地，还包括：
触摸屏，与所述处理器信号连接，用于参数输入、显示所需测量频段中纹波大小。
进一步地，所述触摸屏通过数字直接示出所需测量频段中纹波大小；
或者，
所述触摸屏通过图形示出所需测量频段中纹波大小。
本发明另一方面提供了一种直流大电流纹波测量方法，包括步骤：
通过直流比较仪获得按一定比例因子缩小的小电流信号I2；
获取小电流信号I2流经精密取样电阻时的电压信号U1；
利用带通滤波器获得所需测量的特定频段的交流信号U2；
将所述交流信号U2输送至热电转换系统，通过固态热真有效值转换器，得到交流信号U2的有效值。
本发明具有以下有益效果：
本发明的直流大电流纹波测量装置设置有直流比较仪、精密取样电阻、带通滤波器、热电转换系统，本发明采用直流比较仪，实现了对大电流纹波的非直接式测量，能够高准确度地测定两个电流之间的比值，同时又使被测信号和测量电路隔离开来，减少测量误差；同时，由于使用了精密取样电阻和热电转换系统，热电转换系统利用固态热真有效值转换器，得到较为准确的等效电流纹波的有效值，从而解决了直接式测量误差较大的缺点，大大减小了测量过程中的误差，达到了精密准确测量直流大电流纹波的效果，能够满足电能计量中直流大电流纹波的精密测量需求。
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。下面将参照附图，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是本发明优选实施例的直流大电流纹波测量装置电路示意图。
图2是本发明优选实施例的直流大电流纹波测量方法流程示意图。
图中：
1、直流比较仪；2、精密取样电阻；3、带通滤波器；4、热电转换系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种直流大电流纹波测量装置，包括：
直流比较仪1，与直流大电流I1电路连接，用于按一定比例因子获得缩小的小电流信号I2；
精密取样电阻2，两端与所述直流比较仪1的输出端电路连接，用于获得精密取样电阻2两端的电压信号U1；
带通滤波器3，输入端与所述精密取样电阻2电路连接，用于得到所需测量的特定频段的交流信号U2；
将所述交流信号U2输送至位于恒温环境中的热电转换系统4，利用固态热真有效值转换器，得到交流信号U2的有效值。
本实施例的直流大电流纹波测量装置设置有直流比较仪1、精密取样电阻2、带通滤波器3、热电转换系统，本发明采用直流比较仪1实现了对大电流纹波的非直接式测量，能够高准确度地测定两个电流之间的比值，同时又使被测信号和测量电路隔离开来，减少测量误差；同时，由于使用了精密取样电阻2和热电转换系统4，热电转换系统4利用固态热真有效值转换器，得到较为准确的等效电流纹波的有效值，从而解决了直接式测量误差较大的缺点，大大减小了测量过程中的误差，达到了精密准确测量直流大电流纹波的效果，能够满足电能计量中直流大电流纹波的精密测量需求。
在本发明的优选实施例中，处理器，可以是PLC或单片机等，用于根据交流信号U2的有效值、精密取样电阻的电阻值R、直流比较仪的比例因子N计算得到大电流中所需测量频段中纹波大小：
I＝U2/R*N。
本实施例采用处理器直接计算得到大电流中所需测量频段中纹波大小，提高测量的自动化程度和测量效率。
在本发明的优选实施例中，所述直流比较仪1采用1000A直流比较仪，一次输入电流为1000A，二次绕组输出为0.4A，所述直流比较仪1的精度最高可达5ppm/年。
在本发明的优选实施例中，所述精密取样电阻2采用Vishay精密取样电阻，电阻标称阻值为2.5Ω，所述精密取样电阻2的测量精度可达50ppm/年。
在本发明的优选实施例中，所述带通滤波器3为有源低通滤波器，截止频率为100kHz，即只允许通过100kHz以下的电压信号，主要器件有AD8676精密运算放大器，以及薄膜电容和精密电阻组成的RC网络。也可以根据需使用市面上的其他的带通滤波器3。
在本发明的优选实施例中，所述的热电转换系统4采用固态热真有效值转换器，固态热真有效值转换器置于恒温环境中，根据等效原理，直流电压源输出的电压大小则等效为带通滤波器3输出的交流信号U2的有效值。
在本发明的优选实施例中，所述直流大电流纹波测量装置还包括：
触摸屏，与所述处理器信号连接，用于参数输入、显示所需测量频段中纹波大小。
本实施例中，实施例的所述直流大电流纹波测量装置还包括触摸屏，该触摸屏具备的功能包括参数输入和显示所需测量频段中纹波大小，在进行测量前，用户可通过该触摸屏输入纹波大小的计算所需的参数，如精密取样电阻2的电阻值R、直流比较仪1的比例因子N，上述参数会在用户输入后进行保存，并在计算纹波大小时，与交流信号U2的有效值一起被输送至处理器进行相应的计算，最终得到所需测量频段中纹波大小。处理器在计算得到所需测量频段中纹波大小后，将计算结果输送至触摸屏进行显示。
在本发明的优选实施例中，所述触摸屏通过数字直接示出所需测量频段中纹波大小；
或者，
所述触摸屏通过图形示出所需测量频段中纹波大小。
本实施例中，所述触摸屏可通过两者示出方式显示所需测量频段中纹波大小，一种是通过数字直接示出，这种方式直观简单，便于用户快速读取当前纹波大小；另一种是通过图形示出，如曲线图等，这种方式既可以便于用户快速读取当前纹波大小，同时还可使用户快速获取一定区间内的纹波大小变化趋势，为后续直流大电流的优化提供相应的参考。
如图2所示，在本发明的优选实施例还提供了一种直流大电流纹波测量方法，包括步骤：
S1、通过直流比较仪获得按一定比例因子缩小的小电流信号I2；
S2、获取小电流信号I2流经精密取样电阻时的电压信号U1；
S3、利用带通滤波器获得所需测量的特定频段的交流信号U2；
S4、将所述交流信号U2输送至热电转换系统，通过固态热真有效值转换器，得到交流信号U2的有效值。
本实施例采用直流比较仪1实现了对大电流纹波的非直接式测量，能够高准确度地测定两个电流之间的比值，同时又使被测信号和测量电路隔离开来，减少测量误差；另外，由于使用了精密取样电阻2和热电转换系统4，热电转换系统4利用固态热真有效值转换器，得到较为准确的等效电流纹波的有效值，从而解决了直接式测量误差较大的缺点，大大减小了测量过程中的误差，达到了精密准确测量直流大电流纹波的效果，能够满足电能计量中直流大电流纹波的精密测量需求。
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 (8)

1.一种直流大电流纹波测量装置，其特征在于，包括：
直流比较仪(1)，与直流大电流I1电路连接，用于按一定比例因子获得缩小的小电流信号I2；
精密取样电阻(2)，两端与所述直流比较仪(1)的输出端电路连接，用于获得精密取样电阻(2)两端的电压信号U1；
带通滤波器(3)，输入端与所述精密取样电阻(2)电路连接，用于得到所需测量的特定频段的交流信号U2；
热电转换系统(4)，与所述带通滤波器(3)的输出端电路连接，用于通过固态热真有效值转换器，获得所述交流信号U2的有效值。
2.根据权利要求1所述的直流大电流纹波测量装置，其特征在于，还包括：
处理器，用于根据交流信号U2的有效值、精密取样电阻(2)的电阻值R、直流比较仪(1)的比例因子N计算得到大电流中所需测量频段中纹波大小：
I＝U2/R*N。
3.根据权利要求1所述的直流大电流纹波测量装置，其特征在于，
所述直流比较仪(1)采用1000A直流比较仪，一次输入电流为1000A，二次绕组输出为0.4A。
4.根据权利要求1所述的直流大电流纹波测量装置，其特征在于，所述精密取样电阻(2)采用Vishay精密取样电阻，电阻标称阻值为2.5Ω。
5.根据权利要求1所述的直流大电流纹波测量装置，其特征在于，
所述带通滤波器(3)为有源低通滤波器，截止频率为100kHz。
6.根据权利要求2所述的直流大电流纹波测量装置，其特征在于，还包括：
触摸屏，与所述处理器信号连接，用于参数输入、显示所需测量频段中纹波大小。
7.根据权利要求6所述的直流大电流纹波测量装置，其特征在于，
所述触摸屏通过数字直接示出所需测量频段中纹波大小；
或者，
所述触摸屏通过图形示出所需测量频段中纹波大小。
8.一种直流大电流纹波测量方法，其特征在于，包括步骤：
通过直流比较仪(1)获得按一定比例因子缩小的小电流信号I2；
获取小电流信号I2流经精密取样电阻(2)时的电压信号U1；
利用带通滤波器(3)获得所需测量的特定频段的交流信号U2；
将所述交流信号U2输送至热电转换系统(4)，通过固态热真有效值转换器，得到交流信号U2的有效值。
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