CN117607774A - 一种直流分流器的校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电流检测技术领域，更具体地，本发明涉及一种直流分流器的校准方法及装置，该装置包括标准电流源，其与直流分流器的两端连接，用于向直流分流器提供各校准点对应的标准电流；温度传感器，其设置于直流分流器的内部电阻处，用于采集直流分流器各校准点的温度信号；微处理器，其与所述温度传感器和直流分流器的输出端连接，用于获取直流分流器输出的原始信号以及温度信号；将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数；根据所述校准参数对直流分流器进行参数校正。根据本发明的方案，有效提升了直流分流器的测试稳定性以及可操作性。
Description
技术领域
本发明一般地涉及电流检测技术领域。更具体地，本发明涉及一种直流分流器的校准方法及装置。
背景技术
分流器，实际是一个阻值很小的可以通过大电流的精确电阻。当电流流过分流器时，在它的两端就会产生一个毫伏级的直流电压信号，使并接在该分流器两端的直流电流表指针摆动，该读数就是该直流电路中的电流值。所谓分流，即分一部分小电流(mA)去推动表指针，该小电流与大回路电流(A)比例越小，电流表指示读数的线性就越好，也更精确。在实际使用过程中，直流电流表实际表头是标准的毫伏电压表，用毫伏电压表来测量分流器两端的电压，再将这个电压换算成电流，即我们在电流表上所看到的电流，这样就完成了大电流的测量。
目前，直流分流器的量程一般是固定的，一款直流分流器在其规定的使用温度环境要求下，对应一个固定的精度指标。但在实际的应用中，根据应用条件及使用环境的变化无法保证精度。在这种情况下，一是改善试验的环境，并使用多个数字压力传感器，综合得到精准的测量值。二是牺牲量程区间精度选用宽量程测量。前者会大大的增加改善环境的成本，但是可操作性低，而后者影响直流分流器的使用功能，降低测试使用范围。
基于此，如何解决目前直流分流器的测量准确性和稳定性较差以及可操作性低的问题，是提升直流电流检测能力的重点之一。
发明内容
为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过将温度参数、内部电阻等对测量结果和精度的影响考虑在内，通过校准方程模型确定对应的校准参数，有效提升了直流分流器的测量精度。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。
在第一方面中，本发明提供了一种直流分流器的校准装置，包括：标准电流源，其与直流分流器的两端连接，用于向直流分流器提供各校准点对应的标准电流；温度传感器，其设置于直流分流器的内部电阻处，用于采集直流分流器各校准点的温度信号；微处理器，其与所述温度传感器和直流分流器的输出端连接，用于获取直流分流器输出的原始信号以及温度信号；将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数；根据所述校准参数对直流分流器进行参数校正。
在一个实施例中，还包括：数字万用表，其与所述微处理器连接，用于将校准后的电压输出值转换为电流值。
在一个实施例中，还包括：所述温度传感器包括贴片式温度传感器，所述贴片式温度传感器贴设于直流分流器中内部电阻的表面，用于采集直流分流器各校准点的温度信号。
在一个实施例中，还包括：所述微处理器还包括第一内部寄存器、第二内部寄存器和第三内部寄存器，所述第一内部寄存器用于存储直流分流器各校准点的温度信号，所述第二内部寄存器用于存储直流分流器输出的原始信号，所述第三内部寄存器用于存储直流分流器的内部电阻与温度的拟合曲线参数，以及直流分流器的量程内对应的校准方程模型。
在一个实施例中，还包括：所述标准电流源包括双极性大电流标准源。
在第二方面中，本发明还提供了一种采用如前文所述的直流分流器的校准装置的校准方法，包括：在直流分流器的量程内选取多个校准点，并利用标准电流源向直流分流器提供各校准点对应的标准电流；获取直流分流器在各校准点对应的温度信号以及输出的原始信号；将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数；根据所述校准参数对直流分流器进行参数校正。
在一个实施例中，将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数包括：构建校准方程模型，所述校准方程模型的输入量为各校准点对应的温度信号、直流分流器输出的原始信号，输入量为标准电流；根据温度信号、原始信号和标准电流对校准方程模型进行曲线拟合，以得到所述校准方程模型对应的校准参数。
在一个实施例中，根据温度信号、原始信号和标准电流对校准方程模型进行曲线拟合包括采用最小二乘法进行曲线拟合。
在一个实施例中，在直流分流器的量程内选取多个校准点包括：获取直流分流器的量程，并在量程内均匀选取校准点。
在一个实施例中，还包括：获取直流分流器校正后的输出信号，并判断所述输出信号与标准电流的差值；响应于所述差值小于设定值，将所述校准参数输入直流分流器以完成校正。
根据本发明的方案，可以通过设置标准电流源为分流器提供校准点的标准电流，并通过设置微处理器实现结合温度信号的参数校正，实现了对直流分流器的灵活校准，保证了直流分流器的测试稳定性。同时通过微处理器实现校准参数的灵活设置，有效提升了直流分流器的可操作性。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示意性示出根据本发明的实施例的直流分流器的校准装置的结构示意图；
图2是示意性示出根据本发明的实施例的微处理器的数据交互的示意图；
图3是示意性示出根据本发明的实施例的直流分流器的校准方法的流程图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。
目前，常规的直流分流器校准方法主要是直接测量法，使用双极性大电流源输出标准电流，作为被检直流分流器的I1输入。直接使用纳伏表测量被检分流器的二次输出电压U2。待分流器达到热平衡后，根据R＝U2÷I1测算得到分流器的阻值。用户接线完毕后，可通过计算机及系统软件实现全自动校准。但是这种方式校准过程受测量精确性影响较大，使得直流分流器的测量准确性仍然不能保证。基于此，本申请中影响直流分流器的测量结果的因素出发，构建相应的校准模型，实现对直流分流器的更加可靠的校准过程，同时提高了直流分流器参数的可操作性。
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
图1是示意性示出根据本发明的实施例的直流分流器的校准装置的结构示意图。
如图1所示，该直流分流器的校准装置包括标准电流源、温度传感器和微处理器。其中标准电流源，与直流分流器的两端连接，用于向直流分流器提供各校准点对应的标准电流。在一些实施例中，标准电流源包括双极性大电流标准源，该双极性大电流标准源一方面可以提供双向的电流，以实现正向和反向的标准电流，另一方面可以通过编程的方式实现电流大小的控制，从而实现不同校准点的校准过程。
温度传感器设置于直流分流器的内部电阻处，用于采集直流分流器各校准点的温度信号。在一些实施例中，该温度传感器可以采用贴片式温度传感器，也可以采用其他形式的温度传感器。
微处理器与温度传感器和直流分流器的输出端连接，用于获取直流分流器输出的原始信号以及温度信号，将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数，根据校准参数对直流分流器进行参数校正。在一些实施例中，该校准方程可以是关于直流分流器的内部电阻与温度的拟合曲线所对应的方程，并结合直流分流器输出与设定温度下实际的电阻值之间的校准方程，实现校准参数的获取。进一步，还可以直接构建以温度信号、原始信号为输入，以标准电流为输出的曲线模型，并通过曲线拟合过程获取相应的校准参数。
进一步，上述装置还包括数字万用表，该数字万用表与微处理器连接，用于将校准后的电压输出值转换为电流值。
在实际应用场景中，该装置可以采集直流分流器的温度参数，并在直流分流器量程区间内选取校准点，然后根据所选取的校准校准点与相对应量程区间内的偏移量，对量程区间进行温度补偿校准，获取对应的精确电阻温度影响来修正拟合曲线参数，并储存至对应的寄存器中，根据寄存器中相应的校准修正参数，对直流分流器输出的参数进行校准输出。对于新制造的直流分流器，在校正前可以在额定值键入电流量下加热(15-30分钟)。感应起电预备处理后，将4h左右的溫度放置标准操作温度。
在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图2是示意性示出根据本发明的实施例的微处理器的数据交互的示意图。
如图2所示，温度传感器包括贴片式温度传感器。在实际应用场景中，通过将贴片式温度传感器贴设于直流分流器中内部电阻的表面，用于采集直流分流器各校准点的温度信号。
在一些实施例中，上述微处理器可以采用DSP，该微处理器还可以包括第一内部寄存器、第二内部寄存器和第三内部寄存器。其中第一内部寄存器用于存储直流分流器各校准点的温度信号，第二内部寄存器用于存储直流分流器输出的原始信号，第三内部寄存器用于存储直流分流器的内部电阻与温度的拟合曲线参数，以及直流分流器的量程内对应的校准方程模型。
本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
图3是示意性示出根据本发明的实施例的直流分流器的校准方法的流程图。
如图3所示，在步骤S301处，在直流分流器的量程内选取多个校准点，并利用标准电流源向直流分流器提供各校准点对应的标准电流。在一些实施例中，在直流分流器的量程内选取多个校准点时，可以获取直流分流器的量程，并在量程内均匀选取校准点。
在步骤S302处，获取直流分流器在各校准点对应的温度信号以及输出的原始信号。
在步骤S303处，将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数。在一些实施例中，在获取对应的校准方程参数的过程中，建立对应量程区间内的校准方程模型，校准方程模型包括待求解的校准系数。在量程区间内选取若干组校准压力点，校准压力点的组数不小于校准方程模型中待求解的校准系数的个数。将每组校准点中的温度信号和标准输出信号代入校准方程模型中，根据最小二乘法求解校准方程模型中的校准系数，获取该量程区间内的校准方程。
在步骤S304处，根据校准参数对直流分流器进行参数校正。
进一步，在利用校准参数对直流分流器进行校正后，还可以首先获取直流分流器校正后的输出信号，并判断输出信号与标准电流的差值。响应于差值小于设定值，将校准参数输入直流分流器以完成校正。在一些实施例中，在标准电流源提供标准的正向电流时，正向测量输出信号与标准电流的差值，得到第一差值。在标准电流源提供标准的反向电流时，反向测量输出信号与标准电流的差值，得到第二差值。计算第一差值和第二差值的平均值，并将该平均值与设定值进行比较，以确定该校准过程是否合规。
在一个应用场景中，校准方程模型可以通过以下方式取得：首先，构建校准方程模型。该校准方程模型的输入量为各校准点对应的温度信号、直流分流器输出的原始信号，输入量为标准电流。然后根据温度信号、原始信号和标准电流对校准方程模型进行曲线拟合，以得到校准方程模型对应的校准参数。在一些实施例中，可以根据温度信号、原始信号和标准电流对校准方程模型进行曲线拟合包括采用最小二乘法进行曲线拟合。
此外，对于不同的直流分流器，可以采用相同形式的校准方程模型，有效提升了该校准方法的兼容性，保证了直流分流器的可操作性。选取的校准压力点在对应的量程区间内均匀分布。
在一个实施例中，还可以通过长时间运行分流器并观察其工作稳定性来评估好坏。检查分流器在连续工作时是否产生过热、电压波动或其他异常现象。如果分流器无法保持稳定的输出或出现明显问题，可能表示分流器存在故障或损坏。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。
Claims (10)
1.一种直流分流器的校准装置，其特征在于，包括：
标准电流源，其与直流分流器的两端连接，用于向直流分流器提供各校准点对应的标准电流；
温度传感器，其设置于直流分流器的内部电阻处，用于采集直流分流器各校准点的温度信号；
微处理器，其与所述温度传感器和直流分流器的输出端连接，用于获取直流分流器输出的原始信号以及温度信号；
将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数；
根据所述校准参数对直流分流器进行参数校正。
2.根据权利要求1所述的直流分流器的校准装置，其特征在于，还包括：
数字万用表，其与所述微处理器连接，用于将校准后的电压输出值转换为电流值。
3.根据权利要求1所述的直流分流器的校准装置，其特征在于，还包括：所述温度传感器包括贴片式温度传感器，所述贴片式温度传感器贴设于直流分流器中内部电阻的表面，用于采集直流分流器各校准点的温度信号。
4.根据权利要求1所述的直流分流器的校准装置，其特征在于，还包括：所述微处理器还包括第一内部寄存器、第二内部寄存器和第三内部寄存器，所述第一内部寄存器用于存储直流分流器各校准点的温度信号，所述第二内部寄存器用于存储直流分流器输出的原始信号，所述第三内部寄存器用于存储直流分流器的内部电阻与温度的拟合曲线参数，以及直流分流器的量程内对应的校准方程模型。
5.根据权利要求1所述的直流分流器的校准装置，其特征在于，还包括：所述标准电流源包括双极性大电流标准源。
6.一种采用如权利要求1-5任意一项所述的直流分流器的校准装置的校准方法，其特征在于，包括：
在直流分流器的量程内选取多个校准点，并利用标准电流源向直流分流器提供各校准点对应的标准电流；
获取直流分流器在各校准点对应的温度信号以及输出的原始信号；
将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数；
根据所述校准参数对直流分流器进行参数校正。
7.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，将温度信号、原始信号和标准电流输入校准方程模型，以得到校准参数包括：
构建校准方程模型，所述校准方程模型的输入量为各校准点对应的温度信号、直流分流器输出的原始信号，输入量为标准电流；
根据温度信号、原始信号和标准电流对校准方程模型进行曲线拟合，以得到所述校准方程模型对应的校准参数。
8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，根据温度信号、原始信号和标准电流对校准方程模型进行曲线拟合包括采用最小二乘法进行曲线拟合。
9.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，在直流分流器的量程内选取多个校准点包括：
获取直流分流器的量程，并在量程内均匀选取校准点。
10.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，还包括：
获取直流分流器校正后的输出信号，并判断所述输出信号与标准电流的差值；
响应于所述差值小于设定值，将所述校准参数输入直流分流器以完成校正。
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