CN202033468U

CN202033468U - 一种高精度组合式多功能校准仪

Info

Publication number: CN202033468U
Application number: CN2011200554729U
Authority: CN
Inventors: 邹志刚; 叶小雪; 贺艳平
Original assignee: GUANGZHOU GENY ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU GENY ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-03-04

Abstract

本实用新型公开了一种高精度组合式多功能校准仪，包括壳体，还包括安装于壳体的交直流电压比较器、输入电压比例基准、输入电流比例基准、两个插座C1、C2，所述交直流电压比较器具有两个输入通道A、B，所述两个插座均具有两组端子；所述输入电压比例基准的输出端与插座C1的一组端子D1连接，所述插座C1另一组端子D2接入交直流电压比较器的A输入通道；所述输入电流比例基准的输出端与插座C2的一组端子D3连接，所述插座C2的另一组端子D4接入交直流电压比较器的B输入通道。本实用新型可使输入电压比例基准、输入电流比例基准和交直流电压比较器能够独立进行校准和检测，且能够采用交直流电压比较器的A、B任一通道的输入信号方便地对交直流电压比较器两个输入通道的分布参数进行无差别自校准。

Description

一种高精度组合式多功能校准仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，具体涉及一种工频交流综合参数的高精度组合式多功能校准仪。

背景技术

目前工频交流综合参数的测量广泛使用一体化设计的数字式标准功率表或标准电能表，标准表将宽量限的电压输入比例单元(或称输入电压比例基准或U/U变换器)、电流输入比例单元(或称输入电流比例基准或I/U变换器)和负责计算显示的比较仪单元(或称交直流电压比较器)等集成在一起，无论是专业计量部门还是一般工业企业在工频交流综合参数测量或计量系统的量值传递方面都非常方便，成为各有关单位常用的测量或计量设备。工频交流综合参数测量仪器内部的DSP数字信号处理器通过A/D转换器进行数字采样，进行一系列数学运算后可以得到电压、电流有效值和有功功率、无功功率值。在基波情况下其有功功率计算公式为：

无功功率计算公式为：

公式中U为计算得出的电压有效值，I为计算得出的电流有效值，

为输入交流电压矢量和电流矢量

之间的相位角。

但上述常用工频交流综合参数测量或计量设备在计量实验室实际应用中仍存在不方便之处。一方面，其一体化设计结构虽然具有使用上的便利，但也使电压输入比例单元的传递函数

和电流输入比例单元的传递函数不能单独校正，比较仪单元A、B两通道的分布参数也不能单独校正，即各电路单元的不确定度不能单独确定。对仪器进行检测时，必须使用更高精度的综合参数标准仪器对整机进行整体校准，且只能给出整机的误差范围。这对综合参数标准仪器的精度和稳定度提出了更高的要求，而工频交流综合参数功率或电能标准器的准确度等级有限，很难给出更高的准确等级，实际工作中，国家法定计量系统最高也只能量传到万分之一级。

另一方面，现有标准器等级越高，对环境条件要求越严，操作也越复杂，并不适于基层单位作为日常工作标准使用。在标准量值往下传递过程中逐级引入的校准仪器的不确定度，使得基层单位的量值传递精度很难做到更高。此外，量值传递环节多，出错几率也高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高精度组合式多功能校准仪，可使输入电压比例基准、输入电流比例基准和交直流电压比较器能够独立进行校准和检测，且能够采用交直流电压比较器的A、B任一通道的输入信号方便地对交直流电压比较器两个输入通道的分布参数进行无差别自校准。

本实用新型实现上述目的的技术解决方案是：一种高精度组合式多功能校准仪，包括壳体，其特征在于：还包括安装于壳体的交直流电压比较器、输入电压比例基准、输入电流比例基准、两个插座C1、C2，所述交直流电压比较器具有两个输入通道A、B，所述两个插座均具有两组端子；所述输入电压比例基准的输出端与插座C1的一组端子D1连接，所述插座C1另一组端子D2接入交直流电压比较器的A输入通道；所述输入电流比例基准的输出端与插座C2的一组端子D3连接，所述插座C2的另一组端子D4接入交直流电压比较器的B输入通道。

本实用新型还包括用于将两组端子D1和D2短接或将两组端子D3和D4短接的插头。

本实用新型所述输入电压比例基准为双极电压互感器；所述输入电流比例基准为双极电流互感器。

本实用新型所述交直流电压比较器内具有自校准的直流参考基准器，所述直流参考基准器具有用于外部仪器监测直流参考基准器电压UR变化量的端子。

本实用新型所述两个插座和监测直流参考基准器电压UR的端子均设置在校准仪的壳体的面板上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、输入电压比例基准、输入电流比例基准、交直流电压比较器可组合使用，也可单独测量或校准，克服了现有技术中不能单独校准的缺陷，提高了计量精度。

2、通过监测高精度直流参考基准器电压，即可确定本实用新型的年误差变化趋势和范围，仪器不必频繁通过上一级工频交流综合参数标准器进行量值传递比对，简化了计量手续，提高了计量精度，基层一般工矿企业可用本实用新型来测量工频交流综合参数，或将本实用新型作为工频交流综合参数的量值传递标准器，来校准企业计量实验室工频交流测量中使用的其它仪器或测量组件的准确性，克服现在常用测量和计量设备的不便之处，降低计量传递仪器设备的不确定度。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路单元原理框图；

图2是本实用新型实施例的直流电压比较器的原理框图；

图3是本实用新型实施例的输入电压比例基准的原理框图；

图4是本实用新型实施例的输入电流比例基准的原理框图。

具体实施方式

如图1～4所示，一种高精度组合式多功能校准仪，在校准仪的壳体上装有包括交直流电压比较器、输入电压比例基准、输入电流比例基准、两个插座C1、C2，其中，输入电压比例基准为双极电压互感器；输入电流比例基准为双极电流互感器；交直流电压比较器具有A、B两个输入通道，两个插座均具有两组端子，直流电压比较器内具有自校准的直流参考基准器，从直流参考基准器中引出一个用于外部仪器监测该直流参考基准器电压U_R的端子，两个插座和监测直流参考基准器电压U_R的端子均设置在校准仪的壳体的面板上。

输入电压比例基准的输出端与插座C1的一组端子D1连接，插座C1另一组端子D2接入交直流电压比较器的A输入通道；输入电流比例基准的输出端与插座C2的一组端子D3连接，插座C2的另一组端子D4接入交直流电压比较器的B输入通道，该校准仪还具有与两个插座配合使用的将D1和D2短接或将D3和D4短接的插头。

如图1所示，输入的被测交流电压

和被测交流电流分别通过电压比例基准和电流比例基准变换成规范的交流电压信号，再输入到交直流电压比较器中进行计算和显示。输入电压比例基准的输出电压

连接到插座C1的一组端子D1上，交直流电压比较器的A输入通道连接到插座C1另外一组端子D2上，当使用配套的专用短接插头插入插座C1将插座两组端子短接后，

才能由A输入通道输入到交直流电压比较器。同样，输入电流比例基准的输出电压

连接到插座C2的一组端子D3上，交直流电压比较器的B输入通道连接到插座C2另外一组端子D4上，当使用配套的专用短接插头插入插座C2将插座两组端子短接后，才能由B输入通道输入到交直流电压比较器。即交直流电压比较器的两个电压输入端被直接引出到实用新型的面板，当被测交流量是小信号时(小于5V)，可以直接通过插座的D2或D4端子输入而无需经过输入电压比例基准和输入电流比例基准；而输入电压比例基准或输入电流比例基准这两个电路单元的二次输出电压也都可以通过插座的D1或D2端子直接从本实用新型的面板输出，使得三大电路单元均可实现单独校准检定，独立使用。

如图2所示，交直流电压比较器是一个双路输入、带自校准电路的高精度小信号标准电能表，其A、B两个通道的输入电压满度值均为5V交流有效值。当采用两个短接插头插入面板上的专用插座C1和C2后，A输入通道接入的是输入电压比例基准的输出电压值并由电压标定，B输入通道接入的是输入电流比例基准的输出电压值

并由电流标定，此时即为组合状态测量工频交流综合参数功率和电能。交直流电压比较器的核心技术是将两个通道的交流测量电压值直接溯源到交直流电压比较器内置的高稳定度直流参考基准器，并用该高稳定度直流参考基准器进行自校准，可大大提高测量精度。该高稳定度直流参考基准器电压U_R从交直流电压比较器内引出到本实用新型面板上的专用端子，从外部即可监测U_R的年变化量。通过监测高精度直流参考基准器电压，即可确定本实用新型的年误差变化趋势和范围，仪器不必频繁通过上一级工频交流综合参数标准器进行量值传递比对，简化了计量手续，提高了计量精度。本交直流电压比较器用外部标准直接输入单独校准后，两个通道的工频交流电压测量准确度均优于20ppm，工频相位准确度优于0.001°，工频频率准确度优于0.0001Hz，三分钟稳定度优于10ppm，年稳定度优于15ppm。

如图3所示，输入电压比例基准是一个高精度的仪用双级电压互感器，一次抽头分为50V、100V、200V、400V四档，二次输出的满度交流电压设计为4V。插座C1可将输出电压

引出，单独对电压比例基准进行校准和检定，或作为一个电压/电压变换标准器独立使用。本输入电压比例基准用外部1ppm的感应分压器单独校准后，基本档的工频电压U/U变换比例准确度优于10ppm，年稳定度优于10ppm，工频相位准确度优于0.0005度。

如图4所示，输入电流比例基准是由高精度的仪用双级电流互感器组成，为了拓宽输入电流的范围，采用两只高精度的仪用双级电流互感器手拖手的跨接方式，具备自校准功能。一次抽头分为0.2A、0.5A、1A、2A、5A、10A、20A、50A、100A九档，二次电流输出采用有源阻抗矢量电压合成器，二次输出将工频交流电流转换成交流电压，二次输出的满度交流电压设计为4V。插座C2可将输出电压

引出，单独对电流比例基准进行校准和检定，或作为一个电流/电压变换标准器独立使用。本输入电流比例基准用外部1ppm的电流比较仪单独校准后，基本档的工频电流I/U变换比例准确度优于10ppm，年稳定度优于10ppm，工频相位准确度优于0.0005度。

(1)在进行输入电压/电流比例基准的校准时：

将外接标准感应分压器的一次输入端与本实用新型的电压输入端(即输入电压比例基准的一次输入端)并联起来，共同加入稳定电压

用短接插头短接插座C1，将输入电压比例基准的二次输出电压接入交直流电压比较器的A输入通道；把外接标准感应分压器的二次输出标准电压信号通过插座C2直接接入交直流电压比较器的B输入通道。设外接标准感应分压器的变比为

本输入电压比例基准的变比为

交直流电压比较器两通道的输入电压分别为

和

因为

和是来自于同一个初级电压

可得出两通道的电压幅值关系式：

{\overset{\cdot}{U}}_{A} \cdot {\overset{\cdot}{K}}_{u} = {\overset{\cdot}{U}}_{B} \cdot {\overset{\cdot}{K}}_{U}

由上述关系可得本输入电压比例基准的实际变比为：

{\overset{\cdot}{K}}_{u} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{B}}{{\overset{\cdot}{U}}_{A}} \times {\overset{\cdot}{K}}_{U}

而直读出来的两通道电压的相位Фu，就是其相位偏差。

同理，将外接标准电流比较仪的电流输入端与本实用新型的电流输入端(即输入电流比例基准的一次电流输入端)串联起来，共同加入稳定电流

用短接插头短接插座C2，将输入电流比例基准的二次输出电压接入交直流电压比较器的B输入通道；并将外接电流比较仪的二次标准电压信号通过插座C1接入交直流电压比较器的A输入通道，可测量得出输入电流比例基准的实际变比偏差和相位偏差。

(2)在进行A、B两通道分布参数的校准时：

利用本实用新型经单独校准的输入电压比例基准的二次输出信号，来自体校准和标定两通道的分布参数。用短接插头将插座C1短接，将上述二次输出信号送入A输入通道；同时，将该二次输出信号也通过插座C2送入B输入通道(此时插座②上输入电流比例基准的二次输出端子相当于悬空)，此时，交直流电压比较器A、B两通道的电压应为如下关系：

{\overset{\cdot}{U}}_{A} = {\overset{\cdot}{U}}_{B} = {\overset{\cdot}{U}}_{u} \cdot {\overset{\cdot}{K}}_{u}

因为两个通道输入的是同一个电压，其幅值差和相位差均应为零。交直流电压比较器显示的两通道电压的实际读数和计算出来的和

的幅值偏差，即是本交直流电压比较器A、B通道分布参数造成的幅值偏移，而显示的相位差就是A、B通道分布参数造成的相位偏移。

同理，也可只用经单独校准的输入电流比例基准的二次输出信号来自体校准和标定图1中A、B通道分布参数造成的偏差。

(3)将输入电压/电流比例基准和交直流电压比较器组合后测量功率：

将专用插座C1和C2都分别用短接插头短接，则图1各电路单元就变成了一台高精度组合式多功能校准仪，能测量交流电压、电流以及功率和电能的测量仪器，其功率测量公式为：

式中的和

分别为交直流电压比较器A通道和B通道的测量电压值，

和

分别为U/U变换器和I/U变换器的变比。

(4)校验电压/电流互感器时：

将被检电压互感器的一次输入端与本实用新型的电压输入端并联起来，共同加入稳定电压用短接插头短接插座C1，将输入电压比例基准的二次输出电压接入交直流电压比较器的A输入通道；把被检电压互感器的二次输出标准电压信号通过插座C2直接接入交直流电压比较器的B输入通道。设被检电压互感器的变比为

本输入电压比例基准的变比为

由于交直流电压比较器两通道的输入电压

和

是来自于同一个初级电压两通道的电压幅值有如下关系式：

{\overset{\cdot}{U}}_{A} \cdot {\overset{\cdot}{K}}_{u} = {\overset{\cdot}{U}}_{B} \cdot {\overset{\cdot}{K}}_{U}

由上述关系可得被检电压互感器的实际变比为：

{\overset{\cdot}{K}}_{U} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{A}}{{\overset{\cdot}{U}}_{B}} \times {\overset{\cdot}{K}}_{u}

此时直读出来的两通道电压的相位Фu，就是被检电压互感器的相位偏差。

同理，将被检电流互感器的一次电流输入端与本实用新型的电流输入端(即输入电流比例基准的一次电流输入端)串联起来，共同加入稳定电流用短接插头短接插座C2，将输入电流比例基准的二次输出电压接入交直流电压比较器的B输入通道；将被检电流互感器的二次电流信号转换为电压信号通过插座C1接入交直流电压比较器的A输入通道，可测量得出被检电流互感器的实际变比偏差和相位偏差。

本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均在本实用新型权利保护范围之内。

Claims

1.一种高精度组合式多功能校准仪，包括壳体，其特征在于：还包括安装于壳体的交直流电压比较器、输入电压比例基准、输入电流比例基准、两个插座C1、C2，所述交直流电压比较器具有两个输入通道A、B，所述两个插座均具有两组端子；所述输入电压比例基准的输出端与插座C1的一组端子D1连接，所述插座C1另一组端子D2接入交直流电压比较器的A输入通道；所述输入电流比例基准的输出端与插座C2的一组端子D3连接，所述插座C2的另一组端子D4接入交直流电压比较器的B输入通道。

2.根据权利要求1所述的高精度组合式多功能校准仪，其特征在于：还包括用于将两组端子D1和D2短接或将两组端子D3和D4短接的插头。

3.根据权利要求1所述的高精度组合式多功能校准仪，其特征在于：所述输入电压比例基准为双极电压互感器。

4.根据权利要求1所述的高精度组合式多功能校准仪，其特征在于：所述输入电流比例基准为双极电流互感器。

5.根据权利要求1所述的高精度组合式多功能校准仪，其特征在于：所述交直流电压比较器内具有自校准的直流参考基准器，所述直流参考基准器具有用于外部仪器监测直流参考基准器电压U_R变化量的端子。

6.根据权利要求5所述的高精度组合式多功能校准仪，其特征在于：所述两个插座C1、C2和监测直流参考基准器电压U_R的端子均设置在壳体的面板上。