CN113341193A - 宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法 - Google Patents

宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113341193A
CN113341193A CN202110584733.4A CN202110584733A CN113341193A CN 113341193 A CN113341193 A CN 113341193A CN 202110584733 A CN202110584733 A CN 202110584733A CN 113341193 A CN113341193 A CN 113341193A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
voltage
transformer
alternating current
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110584733.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113341193B (zh
Inventor
冯建
石雷兵
孙健
来磊
潘洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology
Original Assignee
Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology filed Critical Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology
Priority to CN202110584733.4A priority Critical patent/CN113341193B/zh
Publication of CN113341193A publication Critical patent/CN113341193A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113341193B publication Critical patent/CN113341193B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/10—AC or DC measuring bridges
    • G01R17/105—AC or DC measuring bridges for measuring impedance or resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法，针对现有的采用源表法对交流分流器进行测量，利用标准电流源输出交流电流加载于分流器上，采用标准电压表测量分流器两端的电压，利用欧姆定律计算分流器的阻值，因其测量准确度受限于交流电流、交流电压的测量准确度，而且，只能测量电压和电流的模值，无法计算分流器的时间常数，即对交流分流器引起的相移无法评估的问题，通过电流互感器式平衡电桥，利用感应分压器、标准交流电阻、微差电源、指零仪等器件，实现宽频范围内交流分流器阻值和时间常数的精密测量，并且具有准确度高、稳定性好等优点。

Description

宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于精密电磁测量的技术领域，尤其涉及一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法。
背景技术
交流分流器是用于测量交流电流的电阻量具，一般由电阻元件及其两端的铜接线柱组成。交流分流器通常设计为四端结构，被测电流从铜接线柱流入，分流器电阻元件上的电压从特定的电位端子输出。
交流分流器的功率与其阻值成正比，大功率会造成分流器发热，所以，交流分流器设计时通常采用毫欧甚至微欧级别的低值电阻元件，以降低其测量功率，部分分流器在结构上还考虑到一定的散热措施，或加装散热装置。随着频率的提升，交流分流器的残余电感和分布电容的影响逐渐增加，给电流带来较大的相位差，所以，交流分流器通常采用同轴结构或增加屏蔽保护等，以提升其频率特性。
交流分流器由于准确度高、时间常数小、受电磁干扰小等优点，在电力、储能、仪器仪表等工业领域广泛使用，在功率分析仪、电能质量测量仪、智能电能表、宽频电流源等工业仪器设备中被广泛用于对电流的采样测量。由于交流分流器电阻交直流差和时间常数对电流的幅值和相位具有重要影响，所以需对分流器参数进行测量。
低值交流电阻在宽频范围内的量值溯源问题是电磁计量领域的难点之一，基于感应分压器的变压器电桥可实现交流电阻及其时间常数的精密测量，但该电桥通常只适用于中高值交流电阻的测量；常规LCR测量仪测量准确度最高仅为±0.02％，且只能测量中高值交流电阻，对于毫欧及以下交流电阻则无法测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法，基于电流互感器式平衡电桥，利用感应分压器、标准交流电阻等器件，实现宽频范围内交流分流器阻值和时间常数的精密测量，具有准确度高、稳定性好等优点。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，包括交流电流源、第一电压跟随器、第二电压跟随器、第一变压器、第二变压器、第三变压器、微差电源、指零仪、电流互感器及分压器；
所述交流电流源的高端连接被测交流分流器Rx的电流高端，所述交流电流源的低端经所述电流互感器的一次电流输入绕组与被测交流分流器Rx的电流低端相连；
所述第一电压跟随器跟随被测交流分流器Rx电位低端的电位，所述第一电压跟随器的输出端连接至所述第一变压器的一次绕组的一端，所述第一变压器的二次绕组的对应同名端接地，所述第一变压器的一次绕组和二次绕组的另一端短接后连接至所述交流电流源的低端；
所述电流互感器的一次电流输入绕组匝数为N1，其二次电流输出绕组匝数为N2，所述二次电流输出绕组连接至标准交流电阻RN的电流输入端；所述电流互感器的二次补偿绕组的匝数也为N2，连接至另一交流电阻的电流输入端；所述交流电阻的标称值与所述标准交流电阻RN的阻值相同；
所述分压器的励磁电压输入绕组匝数为N3，其电压输出绕组总匝数也为N3，在电压输出绕组匝数为N4处引出输出抽头；
被测交流分流器Rx的电位高端与所述分压器电压输出端N4连接，被测交流分流器Rx电位低端依次通过所述第二变压器的二次绕组及所述第三变压器的一次绕组，与所述分压器电压输出低端连接；
所述第二变压器的一次绕组连接所述微差电源，所述第三变压器的二次绕组连接所述指零仪。
根据本发明一实施例，所述第一变压器的电压比例为1:1，所述第二变压器为降压变压器，所述第三变压器的电压比例为1:1。
根据本发明一实施例，所述电流互感器为双级电流互感器、零磁通电流互感器、霍尔电流传感器中的任意一种。
根据本发明一实施例，所述分压器为双级感应分压器、电压互感器、电阻分压器中的任意一种。
根据本发明一实施例，所述指零仪为指针式指零仪或锁相放大器。
一种宽频交流分流器平衡式电桥测量方法，应用于本发明一实施例中的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，该测量方法包括：
调节电流互感器的量程及分压器的输出电压，使被测交流分流器Rx的电压与分压器的输出端N4的电压满足：
Figure BDA0003087723940000031
其中，RN为标准交流电阻，N1为电流互感器的一次电流输入绕组匝数，N2为电流互感器的二次电流输入绕组匝数，N3为分压器的励磁电压输入绕组匝数，N4为分压器的电压输出绕组匝数；
调节交流电流源的输出电流，通过调节微差电源，使得指零仪指零，电桥达到平衡状态，被测交流分流器的阻值和时间常数通过下式计算得到：
Figure BDA0003087723940000032
其中，U为分压器的输入电压，Uinj为微差电压，RN、Rx均为向量。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本发明一实施例中的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，针对现有的采用源表法对交流分流器进行测量，利用标准电流源输出交流电流加载于分流器上，采用标准电压表测量分流器两端的电压，利用欧姆定律计算分流器的阻值，因其测量准确度受限于交流电流、交流电压的测量准确度，而且，只能测量电压和电流的模值，无法计算分流器的时间常数，即对交流分流器引起的相移无法评估的问题，通过电流互感器式平衡电桥，利用感应分压器、标准交流电阻、微差电源、指零仪等器件，实现宽频范围内交流分流器阻值和时间常数的精密测量，并且具有准确度高、稳定性好等优点。
附图说明
图1为本发明一实施例中的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
本实施例针对现有的采用源表法对交流分流器进行测量，利用标准电流源输出交流电流加载于分流器上，采用标准电压表测量分流器两端的电压，利用欧姆定律计算分流器的阻值，因其测量准确度受限于交流电流、交流电压的测量准确度，而且只能测量电压和电流的模值，无法计算分流器的时间常数，即对交流分流器引起的相移无法评估的问题，提供了一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，通过电流互感器式平衡电桥，利用感应分压器、标准交流电阻、微差电源、指零仪等器件，实现宽频范围内交流分流器阻值和时间常数的精密测量，并且具有准确度高、稳定性好等优点。
具体的，请参看图1，该宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，包括交流电流源U1、电压跟随器A1(即第一电压跟随器)、电压跟随器A2(即第二电压跟随器)、变压器T1(即第一变压器)、变压器T2(即第二变压器)、变压器T3(即第三变压器)、微差电源Uinj、指零仪G、电流互感器CT及分压器IVD。
其中，电流互感器CT的一次电流输入绕组匝数为N1，二次电流输出绕组匝数为N2，该二次电流输出绕组接至标准交流电阻RN的电流输入端，二次补偿绕组的匝数也为N2，接至交流电阻RB的电流输入端。交流电阻RB的标称值与标准电阻RN相同。
分压器IVD可以是双极感应分压器，其励磁电压输入绕组匝数为N3，电压输出绕组总匝数也为N3，在电压输出绕组匝数为N4处引出输出抽头。
标准交流电阻RN和交流电阻RB均为四端结构，两电阻的电位低端PL1与PL2短接，标准交流电阻RN的电位高端PH1接至分压器IVD电压输出绕组的0端，交流电阻RB的电位高端PH2接至分压器IVD电压输出绕组的另一端。标准交流电阻RN的电流输入端IH1接至分压器IVD励磁电压输入绕组的一端，交流电阻RB的电位高端PH2经电压跟随器A2接至分压器IVD的励磁电压输入绕组的另一端。
变压器T1的电压比例为1：1，电压跟随器A1跟随被测交流分流器电位端PLX的电位，跟随器输出接至变压器T1的一次绕组的一端，对应的二次绕组同名端接地，变压器T1的一次绕组和二次绕组的另一端短接后接至交流电流源U1的低端，使得被测交流分流器电位端PLX为虚地电位，从而降低了串联结点由于分布参数引起的的电流泄漏，使流过被测交流分流器Rx和CT一次绕组的电流相等。
被测交流分流器电位端PHX与双级感应分压器电压输出端N4连接，被测交流分流器电位端PLX通过变压器T2、T3与双级感应分压器电压输出低端连接，变压器T2为降压变压器，其一次绕组连接微差电源Uinj，二次绕组接在电桥回路中，用于向电桥注入微差电压，变压器T3为1：1变压器，其一次绕组接在电桥回路中，二次绕组接交流指零仪G，G可为指针式指零仪或锁相放大器。
上述电流互感器CT为双级电流互感器、零磁通电流互感器、霍尔电流传感器中的任意一种；分压器IVD为双级感应分压器、电压互感器、电阻分压器中的任意一种；指零仪G为指针式指零仪或锁相放大器。
下面简要介绍一下本实施例宽频交流分流器平衡式电桥测量装置的测量方法：
测量前，调节电流互感器CT的量程和双级感应分压器IVD的输出电压，使被测交流分流器Rx的电压与感应分压器IVD的N4输出端的电压近似相等，即满足：
Figure BDA0003087723940000051
然后调节交流电流源U1输出电流I，通过调节微差电源Uinj，使得交流指零仪G指零，电桥达到平衡状态，此时
Figure BDA0003087723940000052
式中U为双级感应分压器IVD的输入电压，RN、Rx均为向量。通过测量微差电源电压Uinj与U的比例，即可根据上式计算出被测交流分流器Rx的阻值和时间常数。
在计算被测交流分流器Rx的阻值和时间常数时，可设
Rx＝R1(1+jωτ1)
RN＝R2(1+jωτ2)
式中R1、R2分别为交流分流器的阻值，τ1、τ2分别为其时间常数，可计算出
Figure BDA0003087723940000061
Figure BDA0003087723940000062
式中
Figure BDA0003087723940000063
为微差电源电压Uinj与U的相位。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，其特征在于，包括交流电流源、第一电压跟随器、第二电压跟随器、第一变压器、第二变压器、第三变压器、微差电源、指零仪、电流互感器及分压器；
所述交流电流源的高端连接被测交流分流器Rx的电流高端，所述交流电流源的低端经所述电流互感器的一次电流输入绕组与被测交流分流器Rx的电流低端相连；
所述第一电压跟随器跟随被测交流分流器Rx电位低端的电位，所述第一电压跟随器的输出端连接至所述第一变压器的一次绕组的一端，所述第一变压器的二次绕组的对应同名端接地，所述第一变压器的一次绕组和二次绕组的另一端短接后连接至所述交流电流源的低端；
所述电流互感器的一次电流输入绕组匝数为N1，其二次电流输出绕组匝数为N2，所述二次电流输出绕组连接至标准交流电阻RN的电流输入端；所述电流互感器的二次补偿绕组的匝数也为N2，连接至另一交流电阻的电流输入端；所述交流电阻的标称值与所述标准交流电阻RN的阻值相同；
所述分压器的励磁电压输入绕组匝数为N3，其电压输出绕组总匝数也为N3，在电压输出绕组匝数为N4处引出输出抽头；
被测交流分流器Rx的电位高端与所述分压器电压输出端N4连接，被测交流分流器Rx电位低端依次通过所述第二变压器的二次绕组及所述第三变压器的一次绕组，与所述分压器电压输出低端连接；
所述第二变压器的一次绕组连接所述微差电源，所述第三变压器的二次绕组连接所述指零仪。
2.如权利要求1所述的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，其特征在于，所述第一变压器的电压比例为1:1，所述第二变压器为降压变压器，所述第三变压器的电压比例为1:1。
3.如权利要求1所述的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，其特征在于，所述电流互感器为双级电流互感器、零磁通电流互感器、霍尔电流传感器中的任意一种。
4.如权利要求1所述的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，其特征在于，所述分压器为双级感应分压器、电压互感器、电阻分压器中的任意一种。
5.如权利要求1所述的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，其特征在于，所述指零仪为指针式指零仪或锁相放大器。
6.一种宽频交流分流器平衡式电桥测量方法，应用于如权利要求1至5所述的宽频交流分流器平衡式电桥测量装置，其特征在于，包括：
调节电流互感器的量程及分压器的输出电压，使被测交流分流器Rx的电压与分压器的输出端N4的电压满足：
Figure FDA0003087723930000021
其中，RN为标准交流电阻，N1为电流互感器的一次电流输入绕组匝数，N2为电流互感器的二次电流输入绕组匝数，N3为分压器的励磁电压输入绕组匝数，N4为分压器的电压输出绕组匝数；
调节交流电流源的输出电流，通过调节微差电源，使得指零仪指零，电桥达到平衡状态，被测交流分流器的阻值和时间常数通过下式计算得到：
Figure FDA0003087723930000022
其中，U为分压器的输入电压，Uinj为微差电压，RN、Rx、U、Uinj均为向量。
CN202110584733.4A 2021-05-27 2021-05-27 宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法 Active CN113341193B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110584733.4A CN113341193B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110584733.4A CN113341193B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113341193A true CN113341193A (zh) 2021-09-03
CN113341193B CN113341193B (zh) 2023-05-30

Family

ID=77471718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110584733.4A Active CN113341193B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113341193B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985176A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 上海市计量测试技术研究院 同步采样校准宽频交流分流器的装置
CN115825570A (zh) * 2022-11-07 2023-03-21 中国计量科学研究院 一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006047111A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Clt:Kk 電流計測用シャント
CN103344838A (zh) * 2013-06-27 2013-10-09 中国西电电气股份有限公司 大电流下测量微欧级分流器阻值的装置和方法
CN104374979A (zh) * 2014-11-21 2015-02-25 上海市计量测试技术研究院 数字式交流电阻电桥
CN104730342A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 上海市计量测试技术研究院 交流电阻时间常数的测量电路和测量方法
CN105301320A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 北京东方计量测试研究所 一种交流阻抗电桥
CN112083210A (zh) * 2020-06-15 2020-12-15 上海市计量测试技术研究院 用于测量宽频电流的模拟标准分流器及其测量方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006047111A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Clt:Kk 電流計測用シャント
CN103344838A (zh) * 2013-06-27 2013-10-09 中国西电电气股份有限公司 大电流下测量微欧级分流器阻值的装置和方法
CN104374979A (zh) * 2014-11-21 2015-02-25 上海市计量测试技术研究院 数字式交流电阻电桥
CN104730342A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 上海市计量测试技术研究院 交流电阻时间常数的测量电路和测量方法
CN105301320A (zh) * 2015-11-26 2016-02-03 北京东方计量测试研究所 一种交流阻抗电桥
CN112083210A (zh) * 2020-06-15 2020-12-15 上海市计量测试技术研究院 用于测量宽频电流的模拟标准分流器及其测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SAYTARO KON ET AL.: ""AC Shunt Calibration Using a Current-Bridge Method and Its Validation"", 《IEEJ TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING》 *
王磊等: ""基于采样和替代技术的交流电阻分流器角差测量新方法"", 《计量学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985176A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 上海市计量测试技术研究院 同步采样校准宽频交流分流器的装置
CN113985176B (zh) * 2021-10-29 2023-09-12 上海市计量测试技术研究院 同步采样校准宽频交流分流器的装置
CN115825570A (zh) * 2022-11-07 2023-03-21 中国计量科学研究院 一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用
CN115825570B (zh) * 2022-11-07 2023-10-17 中国计量科学研究院 一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113341193B (zh) 2023-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8847576B1 (en) Phase compensation method and apparatus for current transformers
Kaczmarek et al. Proposal for extension of routine tests of the inductive current transformers to evaluation of transformation accuracy of higher harmonics
CN113341193B (zh) 宽频交流分流器平衡式电桥测量装置及测量方法
CN104374979B (zh) 数字式交流电阻电桥
So The application of the current comparator in instrumentation for high voltage power measurements at very low power factors
Kaczmarek Development and application of the differential voltage to single-ended voltage converter to determine the composite error of voltage transformers and dividers for transformation of sinusoidal and distorted voltages
So et al. Intercomparison of calibration systems for AC shunts up to audio frequencies
Draxler et al. Calibration of AC clamp meters
US9053852B2 (en) Error compensation for current transformer sensors
CA2376732C (en) A current-comparator-based four-terminal resistance bridge for power frequencies
Gibbings An alternating-current analogue of the Kelvin double bridge
EP3116001A1 (en) Impedance-compensated current transformer
CN113985176B (zh) 同步采样校准宽频交流分流器的装置
Slomovitz et al. Shielded electronic current transformer
Callegaro et al. Self-compensating networks for four-terminal-pair impedance definition in current comparator bridges
Xiaohua et al. Improved performance Rogowski coils for power system
So et al. A direct-reading ac comparator bridge for resistance measurement at power frequencies
CA1276234C (en) Electrical measuring instrument for high voltage power measurements
RU2192020C1 (ru) Устройство для поверки измерительных трансформаторов тока
RU2282208C1 (ru) Устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения
Siv et al. Influence of burden of current transformer (IEC Standard) on the high frequency current measurement
So et al. A computer-controlled current-comparator-based four-terminal resistance bridge for power frequencies
Kusters et al. The effect of winding potentials on current transformer errors
Takahashi Evaluation of errors in a current comparator system used for current transformer testing
Clarke et al. A 1000 A/20 kV/25 kHz-500 kHz Volt-Ampere-Wattmeter for loads with power factors from 0.001 to 1.00

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant