CN115728544A

CN115728544A - 电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器

Info

Publication number: CN115728544A
Application number: CN202211435768.2A
Authority: CN
Inventors: 蔡建臻; 黄晓钉; 潘攀; 王书强; 吴康
Original assignee: Beijing Dongfang Measurement and Test Institute
Current assignee: Beijing Dongfang Measurement and Test Institute
Priority date: 2022-11-16
Filing date: 2022-11-16
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本申请公开了一种电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器，包括：回路电流源、第一运算放大器、第二运算放大器、分数线圈、低电阻和高电阻；回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的同向输入端接地，所述第一运算放大器的输出端通过高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的同向输入端接地；所述低电阻的一端连接于所述回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第一运算放大器的输出端和所述高电阻之间；所述分数线圈的一端连接于所述高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第二运算放大器的输出端。

Description

电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器

技术领域

本申请实施例涉及电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器。

背景技术

图1为电流比较仪构成的电阻比较电桥结构示意图，如图1所示，图中的R1和R2分别为标准电阻和被测电阻，电流比较仪直接测量的数据为两个电阻的阻值比例。理论上阻值比例可在系统平衡时绕组线圈匝数和纳伏指零仪读数计算出来，计算公式如下：

计算准确度可达到10^-7～10^-9量级。但该电桥系统是否运行正常，是否满足计量准确度要求，仍需要严谨的实验验证方法。上述计算公式中电阻分流网络(图1椭圆圈内)分流比例R_L/(R_H+R_L)项为分数项，N_A为分数匝线圈(一般为实际1圈)，通过电阻分流方式实现分数电流，对电桥平衡进行精确平衡和计量准确度起到核心作用。

图1所示的通用分数匝比方式中，一般采用5～6盘十进制电阻箱原理实现，这存在两个问题：

当实际需要调节细度高，测量多种比例数值的时候，R_L十进制拨盘加和计算比较复杂，如在低位9不够需要进1的时候，需要9先退到0，高一位的拨盘再进1，这个过程不平衡信号变化幅度大，电桥稳定度下降。这样不仅容易出错，而且由于上述电路分流计算公式为RL/(RH+RL)，分子分母都含有RL项，这种非线性分流比对于预置分数匝比计算十分不便。

传统技术为独立电阻网络设计，每个电阻阻值漂移规律不同，将引起较大的不可控的系统误差。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器，包括：回路电流源、第一运算放大器、第二运算放大器、分数线圈、低电阻和高电阻；回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的同向输入端接地，所述第一运算放大器的输出端通过高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的同向输入端接地；所述低电阻的一端连接于所述回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第一运算放大器的输出端和所述高电阻之间；所述分数线圈的一端连接于所述高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第二运算放大器的输出端。

作为一种实现方式，所述高电阻为可调节电阻。

作为一种实现方式，所述高电阻包括依次并联连接的电阻R1、R2、R3…RN-1、RN，R1至RN的并联第一端连接所述第一运算放大器的输出端，R1至RN的每一电阻的并联第二端设置有选通开关，所述选通开关能够选通接地，或选通连接于所述第二运算放大器的输出端；

N为大于等于2的整数，对于任意相邻两电阻Ri、Ri+1，具有Ri+1:Ri＝K，K为大于等于2的整数。

作为一种实现方式，所述补偿器还包括选通控制信号输出端，与R1至RN的每一电阻的选通开关分别连接，用于输出选通控制信号，以控制每一电阻的选通开关接地或与所述第二运算放大器的输出端。

作为一种实现方式，所述K为2。

根据本申请实施例的电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器，通过设置可以遵照低电阻和高电阻阻值直接比值确定分流的方式，电路分流确定方式相当便捷；并通过设置阻值规律可调的高电阻，可以方便实现各种分数值的分流调节，分流对应的分数值足够细化时，理论上可以接近任意分数比。

附图说明

图1为电流比较仪构成的电阻比较电桥结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的有源补偿器的可调节高电阻调节结构示意图；

图4为本申请实施例提供的有源补偿器的可调节高电阻的电阻连接通道选通控制示意图。

具体实施方式

图2为本申请实施例提供的电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器的结构示意图，如图2所示，本申请实施例提供的电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器包括：

回路电流源(图中的副回路电流)、第一运算放大器(运放1)、第二运算放大器(运放2)、分数线圈(Na)、低电阻RL和高电阻RH；回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的同向输入端接地，所述第一运算放大器的输出端通过高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的同向输入端接地；所述低电阻RL的一端连接于所述回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第一运算放大器的输出端和所述高电阻RH之间；所述分数线圈的一端连接于所述高电阻RH与所述第二运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第二运算放大器的输出端。

图2中，副回路电流为I，通过运算放大器1虚地端流过低阻R_L的电流也是I，流过高阻R_H和分数线圈Na的电流是Ix，点U为两个回路的共点电压，运算放大器2的虚地点电压为0，通过图2所示的电路结构，计算推导出分流电流Ia＝I×R_L/R_H，因此，本申请实施例的技术方案针对传统线路的改进点是分数电流的计算独立化，分母和分子(高电阻R_H和低电阻R_L)可以独立调节，不会引入非线性分流计算问题，调节直观简便。

高电阻包括依次并联连接的电阻R1、R2、R3…RN-1、RN，R1至RN的并联第一端连接所述第一运算放大器的输出端，R1至RN的每一电阻的并联第二端设置有选通开关，所述选通开关能够选通接地，或选通连接于所述第二运算放大器的输出端；

N为大于等于2的整数，对于任意相邻两电阻Ri、Ri+1，具有Ri+1:Ri＝K，K为大于等于2的整数。这里K可以为2、4、6、8等整数。

作为一种示例，图3为本申请实施例提供的有源补偿器的可调节高电阻调节结构示意图，如图3所示，可调节高电阻分为多个电阻连接通道，每个通道设有两个选通位置，例如可以通过继电器对选通位置进行控制选通。当该通道逻辑电压为0时，默认电阻连接通道的位置为接地，当继电器输出的通道逻辑电压为1时，电阻通道的选通位置接通运算放大器2的输出端。当电阻连接通道中的仅第1通道接通运算放大器2的输出端时，通过计算分数线圈的电流为I·R_L/R，仅第2通道接通运算放大器2的输出端时，通过分数线圈的电流为I·R_L/2R，……，依次类推，仅第6通道接通运算放大器2的输出端时，通过分数线圈的电流为I·R_L/32R。

当选通逻辑电压为0时，电阻通道的选通位置均接地时，分数线圈电流为0，分数线圈电流为I·R_L(1/R+1/2R+1/4R+1/8R+1/16R+1/32R)，以二进制倍率加和递增，分数电阻的分流可以足够细化，理论上可以接近任意分数比。

本申请实施例的有源补偿器还可以包括选通控制信号输出端，与R1至RN的每一电阻的选通开关分别连接，用于输出选通控制信号，以控制每一电阻的选通开关接地或与所述第二运算放大器的输出端。图4为本申请实施例提供的有源补偿器的可调节高电阻的电阻连接通道选通控制示意图，如图4所示，本申请实施例的电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器中的高电阻中的分电阻可以根据实际需要而设置相应数量的分电阻，图4中高电阻中的分电阻为12个，通过向各分电阻中的选通器发送控制指令，以选通该分电阻接地或与运算放大器2的输出端连接，本申请实施例中，可以仅选通其中几路分电阻接地或与运算放大器2的输出端连接，也可以全部选通接地或与运算放大器2的输出端连接。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本发明的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电流比较仪电桥分数匝比有源补偿器，其特征在于，所述补偿器包括：回路电流源、第一运算放大器、第二运算放大器、分数线圈、低电阻和高电阻；回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的同向输入端接地，所述第一运算放大器的输出端通过高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第二运算放大器的同向输入端接地；所述低电阻的一端连接于所述回路电流源与所述第一运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第一运算放大器的输出端和所述高电阻之间；所述分数线圈的一端连接于所述高电阻与所述第二运算放大器的反向输入端之间，另一端连接于所述第二运算放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的有源补偿器，其特征在于，所述高电阻为可调节电阻。

3.根据权利要求1所述的有源补偿器，其特征在于，所述高电阻包括依次并联连接的电阻R1、R2、R3…RN-1、RN，R1至RN的并联第一端连接所述第一运算放大器的输出端，R1至RN的每一电阻的并联第二端设置有选通开关，所述选通开关能够选通接地，或选通连接于所述第二运算放大器的输出端；

4.根据权利要求1所述的有源补偿器，其特征在于，所述补偿器还包括选通控制信号输出端，与R1至RN的每一电阻的选通开关分别连接，用于输出选通控制信号，以控制每一电阻的选通开关接地或与所述第二运算放大器的输出端。

5.根据权利要求3所述的有源补偿器，其特征在于，所述K为2。