一種高準(zhǔn)確度電流比較儀及自校驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高準(zhǔn)確度電流比較儀及自校驗(yàn)方法，屬于交流電流精密測(cè)量領(lǐng)域。本裝置包括鐵心和繞制在該鐵心上的一次繞組W11、一次補(bǔ)償接地繞組W12、二次繞組W21、二次補(bǔ)償繞組W22和檢測(cè)繞組WD；所述一次繞組有三組輸入端，這三組輸入端所連接的一次繞組的匝數(shù)以十倍遞增；所述二次繞組分成M段子繞組，每一段子繞組設(shè)置有兩個(gè)抽頭，各段子繞組的匝數(shù)均與一次繞組La3-Lb的匝數(shù)相同；所述二次繞組的各段子繞組通過(guò)抽頭串聯(lián)連接，相鄰兩段子繞組串接的兩個(gè)抽頭形成一個(gè)端，二次繞組的所有端從第一段開(kāi)始順序編號(hào)，編號(hào)從0開(kāi)始直到M；通過(guò)波段開(kāi)關(guān)來(lái)改變二次繞組輸入端內(nèi)所連接的二次繞組的段數(shù)。
【專利說(shuō)明】一種高準(zhǔn)確度電流比較儀及自校驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交流電流比率精密測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種高準(zhǔn)確度電流比較儀及自校驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交流電流比率技術(shù)在現(xiàn)代交流電測(cè)量中起著非常重要的作用，尤其是對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有較高的要求時(shí)，通常都是用比率技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。并且交流電流比率技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用，在節(jié)能技術(shù)日益被關(guān)注的今天，交流電流比率技術(shù)的重要性日益提高。
[0003]在各種物理量的單位體系建立起來(lái)之后，任何物理量的測(cè)量過(guò)程，概括起來(lái)實(shí)際上就是去求出被測(cè)的物理量X等于它的單位A的幾倍，也就是確定被測(cè)量與作為單位的標(biāo)準(zhǔn)量之間的比率值K的過(guò)程。而多數(shù)的情況下，這個(gè)比率值K通常都是直接或間接地由比率量具來(lái)提供的。在交流電測(cè)技術(shù)中，最常見(jiàn)的電流比率器是由阻抗元件構(gòu)成的分流器，它們通常用來(lái)作為各種電橋和儀器的比例臂，以及用來(lái)改變儀表的測(cè)量范圍。但是在設(shè)計(jì)由這類元件所組成的儀器時(shí)，除了要考慮元件本身的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性外，還必須考慮到構(gòu)成分壓器的元件對(duì)外殼以及各元件相互之間難免存在的某些寄生電容和絕緣泄漏對(duì)高阻抗元件的影響，同時(shí)各元件之間連線和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)所具有的殘余電感和接觸電阻都串聯(lián)在工作電路中，也造成分流比的誤差，這在低阻抗元件構(gòu)成的儀器中往往引起較大的附加誤差，這已是眾所周知的事實(shí)。上述寄生參數(shù)的影響往往成為限制交流儀器準(zhǔn)確度進(jìn)一步提高的主要因素。過(guò)去那些以阻抗元件為基礎(chǔ)所構(gòu)成的交流比率測(cè)量電路，很難得到10_5量級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度。直到50年代末，發(fā)展了原理上與變壓器相似的感應(yīng)式電流比率器，其中最有代表性的是電流比較儀，才使交流比率測(cè)量準(zhǔn)確度至少提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而推動(dòng)了近代交流比率測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。
[0004]交流電流比率的主要體現(xiàn)是電流比較儀、電流互感器等比率設(shè)備。電流互感器是發(fā)電廠、變電所、工廠等供電、輸電、用電單位中廣泛使用的電流比率設(shè)備，用來(lái)變換輸電線路上的電流，將輸電線路上大小不同的電流變換成一定范圍內(nèi)的電流，以便于進(jìn)行測(cè)量；而電流比較儀，可以用來(lái)檢定或校準(zhǔn)高準(zhǔn)確度的電流互感器，在電力部門、計(jì)量部門等科研單位的交流精密測(cè)量中被大量地使用著。這些比率設(shè)備準(zhǔn)確與否，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度、貿(mào)易結(jié)算的正確與否是至關(guān)重要的。因此，有必要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行周期性的檢測(cè)，以保證這些交流比率設(shè)備的準(zhǔn)確可靠。交流電流比率項(xiàng)目在1987年就被列入我國(guó)強(qiáng)制檢定計(jì)量器具目錄內(nèi)，在2005年又被列入我國(guó)依法管理計(jì)量器具目錄內(nèi)，這充分說(shuō)明了該項(xiàng)目的重要性
[0005]目前國(guó)內(nèi)通常采用的電流比較儀自校準(zhǔn)方法依據(jù)的是加拿大國(guó)家研究院(NRC)的Kusters和Moore等科學(xué)家于上世紀(jì)50年代發(fā)表的相關(guān)文章。其過(guò)程非常復(fù)雜，在校準(zhǔn)過(guò)程中由于參與校準(zhǔn)的輔助設(shè)備較多，換線接線頻繁，不但在校準(zhǔn)過(guò)程中操作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，而且在校準(zhǔn)過(guò)程中由于操作不當(dāng)極易造成誤讀數(shù)，致使校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性都不甚理想。所以，采用這種校準(zhǔn)方法要想取得較好的校準(zhǔn)結(jié)果，必須通過(guò)多次、反復(fù)校準(zhǔn)，剔除粗大誤差，取幾次較為接近的讀數(shù)的平均值進(jìn)行計(jì)算后，方可得到校準(zhǔn)結(jié)果。由此可見(jiàn)，采用這種校準(zhǔn)方法，雖然原理正確，但不易行，更不能推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種高準(zhǔn)確度電流比較儀及自校驗(yàn)方法。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種高準(zhǔn)確度電流比較儀，包括鐵心和繞制在該鐵心上的一次繞組Wn、一次補(bǔ)償接地繞組W12、二次繞組W21、二次補(bǔ)償繞組W22和檢測(cè)繞組Wd ；
[0009]所述一次繞組有三組輸入端，分別為L(zhǎng)al_Lb、La2-Lb, La3-Lb,這三組輸入端所連接的一次繞組的匝數(shù)以十倍遞增，即La「Lb、La2-Lb, La3-Lb依次十倍遞增；
[0010]所述二次繞組分成M段子繞組，每一段子繞組設(shè)置有兩個(gè)抽頭，各段子繞組的匝數(shù)均與一次繞組La3-Lb的匝數(shù)相同；
[0011]所述二次繞組的各段子繞組通過(guò)抽頭串聯(lián)連接，相鄰兩段子繞組串接的兩個(gè)抽頭形成一個(gè)端，二次繞組的所有端從第一段開(kāi)始順序編號(hào)，編號(hào)從O開(kāi)始直到M ;
[0012]通過(guò)波段開(kāi)關(guān)來(lái)改變二次繞組輸入端內(nèi)所連接的二次繞組的段數(shù)，二次繞組的各個(gè)子繞組與一次繞組分別進(jìn)行組合使得所述高準(zhǔn)確度電流比較儀形成不同的比率。
[0013]所述二次繞組采用屏蔽定向引流結(jié)構(gòu)；所述屏蔽定向引流結(jié)構(gòu)如下:整個(gè)二次繞組使用同軸線纜繞制而成，同軸線纜的芯線作為二次繞組，其皮線作為屏蔽，皮線與芯線在二次繞組的極性端(也就是O號(hào)端)短接，其作用是讓從芯線泄露出的電流從皮線流過(guò)，兩個(gè)電流是同方向的，一起激磁，泄露的電流也起到了激磁的作用，進(jìn)而減小了誤差，以消除泄漏電流對(duì)鐵心磁通量的影響，提高了電流比較儀準(zhǔn)確度。此種結(jié)構(gòu)可將二次繞組匝間電容對(duì)準(zhǔn)確度的影響減小至可忽略不計(jì)。
[0014]所述M為10 ;所述二次繞組的各個(gè)子繞組與一次繞組分別進(jìn)行組合使得所述高準(zhǔn)確度電流比較儀形成1:1?10: UlO:1?100: UlOO: I?1000: I比率。
[0015]所述檢測(cè)繞組Wd是直接繞在鐵心上，在鐵心及檢測(cè)繞組Wd外包裹有坡莫合金材料，在檢測(cè)繞組Wd外由內(nèi)往外依次繞制有二次補(bǔ)償繞組、一次補(bǔ)償接地繞組、二次繞組和一次繞組W11,即從鐵心開(kāi)始，由內(nèi)往外依次為檢測(cè)繞組、二次補(bǔ)償繞組和一次補(bǔ)償接地繞組、二次繞組和一次繞組。
[0016]所述二次補(bǔ)償繞組使用漆包線繞制而成，匝數(shù)與二次繞組相同；
[0017]所述一次補(bǔ)償接地繞組與一次繞組的結(jié)構(gòu)相同。
[0018]一種對(duì)所述高準(zhǔn)確度電流比較儀進(jìn)行自校驗(yàn)的方法:所述方法使用一臺(tái)電流發(fā)生器和一臺(tái)輔助電流比較儀，利用1:1電流比較儀自校準(zhǔn)線路進(jìn)行組合完成所述高準(zhǔn)確度電流比較儀的自校驗(yàn)。
[0019]所述方法包括以下步驟:
[0020]步驟I，使用波段開(kāi)關(guān)將二次繞組的各段子繞組分別引出，與一次繞組的La3-Lb分別形成1:1自校準(zhǔn)線路，測(cè)量得到二次繞組的各段子繞組的誤差，然后通過(guò)公式(10)計(jì)算得到從2: I到10: I的比率誤差:
【權(quán)利要求】
1.一種高準(zhǔn)確度電流比較儀，其特征在于:所述高準(zhǔn)確度電流比較儀包括鐵心和繞制在該鐵心上的一次繞組W11、一次補(bǔ)償接地繞組W12、二次繞組W21、二次補(bǔ)償繞組W22和檢測(cè)繞組Wd; 所述一次繞組有三組輸入端，分別為L(zhǎng)al-Lb、La2-Lb, La3-Lb,這三組輸入端所連接的一次繞組的匝數(shù)以十倍遞增，即La「Lb、La2-Lb, La3-Lb依次十倍遞增； 所述二次繞組分成M段子繞組，每一段子繞組設(shè)置有兩個(gè)抽頭，各段子繞組的匝數(shù)均與一次繞組La3-Lb的匝數(shù)相同； 所述二次繞組的各段子繞組通過(guò)抽頭串聯(lián)連接，相鄰兩段子繞組串接的兩個(gè)抽頭形成一個(gè)端，二次繞組的所有端從第一段開(kāi)始順序編號(hào)，編號(hào)從O開(kāi)始直到M ; 通過(guò)波段開(kāi)關(guān)來(lái)改變二次繞組輸入端內(nèi)所連接的二次繞組的段數(shù)，二次繞組的各個(gè)子繞組與一次繞組分別進(jìn)行組合使得所述高準(zhǔn)確度電流比較儀形成不同的比率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度電流比較儀，其特征在于:所述二次繞組采用屏蔽定向引流結(jié)構(gòu)；所述屏蔽定向引流結(jié)構(gòu)如下:整個(gè)二次繞組使用同軸線纜繞制而成，同軸線纜的芯線作為二次繞組，其皮線作為屏蔽，皮線與芯線在二次繞組的極性端短接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高準(zhǔn)確度電流比較儀，其特征在于:所述M為10;所述二次繞組的各個(gè)子繞組與一次繞組分別進(jìn)行組合使得所述高準(zhǔn)確度電流比較儀形成1:1~10: UlO:1 ~100: UlOO: I ~1000: I 比率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高準(zhǔn)確度電流比較儀，其特征在于:所述檢測(cè)繞組Wd是直接繞在鐵心上，在鐵心及檢測(cè)繞組Wd外包裹有坡莫合金材料，在檢測(cè)繞組Wd外由內(nèi)往外依次繞制有二次補(bǔ)償繞組、一次補(bǔ)償接地繞組、二次繞組和一次繞組W11。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高準(zhǔn)確`度電流比較儀，其特征在于:所述二次補(bǔ)償繞組使用漆包線繞制而成，匝數(shù)與二次繞組相同； 所述一次補(bǔ)償接地繞組與一次繞組的結(jié)構(gòu)相同。
6.一種對(duì)權(quán)利要求5所述的高準(zhǔn)確度電流比較儀進(jìn)行自校驗(yàn)的方法，其特征在于:所述方法使用一臺(tái)電流發(fā)生器和一臺(tái)輔助電流比較儀，利用1:1電流比較儀自校準(zhǔn)線路進(jìn)行組合完成所述高準(zhǔn)確度電流比較儀的自校驗(yàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟I，使用波段開(kāi)關(guān)將二次繞組的各段子繞組分別引出，與一次繞組的La3-Lb分別形成1:1自校準(zhǔn)線路，測(cè)量得到二次繞組的各段子繞組的誤差，然后通過(guò)公式(10)計(jì)算得到高準(zhǔn)確度電流比較儀從2: I到10: I的比率誤差: 式中 η 為高準(zhǔn)確度電流比較儀二次繞組開(kāi)關(guān)位置； δ 3_η為高準(zhǔn)確度電流比較儀比率為η: I時(shí)的誤差； λ 3_i為二次繞組第i段的比率誤差； 步驟2，通過(guò)輔助電流比較儀進(jìn)行替代測(cè)量，求出一次繞組的La2-Lb與二次繞組第一段組成的10: I比率誤差，再使用與1:1比率擴(kuò)展至10: I比率相同的方法，即可得到10: I比率到100: I比率的誤差； 步驟3，比率范圍大于100: I時(shí)，使用比率為100: I的高穩(wěn)定電流互感器作為輔助電流比較儀，然后重復(fù)步驟2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟:所述步驟I中使用波段開(kāi)關(guān)將二次繞組的各段子繞組分別引出，與一次繞組的La3-Lb分別形成1:1自校準(zhǔn)線路，測(cè)量得到二次繞組的各段子繞組的誤差是這樣實(shí)現(xiàn)的: 將檢測(cè)線圈與指零儀連接； 將一次繞組與二次繞組的極性端連接，并施加同一檢測(cè)電流； 由外界向二次補(bǔ)償繞組中注入補(bǔ)償電流L以抵消鐵心內(nèi)部的殘余磁通； 當(dāng)指零儀指零時(shí)，高準(zhǔn)確度電流比較儀處于平衡狀態(tài)，此時(shí)注入的補(bǔ)償電流與檢測(cè)電流的比就是高準(zhǔn)確度電流比較儀在1:1時(shí)的比率誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述步驟2具體包括: (21)K2置1，將二次繞組的第一段子繞組與一次繞組La2-Lb組成10: I比率，與輔助電流比較儀Tf進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)，測(cè)量出其與Tf之差Tf_2 ； (22)K2置10，將整個(gè)二次繞組與一次繞組La3-Lb組成10: I的比率，與輔助電流比較儀Tf進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)，測(cè)量出其與Tf之差Tf_3。 (23)由于一次繞組La3-Lb與K2置10時(shí)組成的10: I比率的誤差在步驟I中已求出，通過(guò)替代法即可求出K2置I時(shí)·組成的10: I比率誤差λ 2_i，這就是二次繞組第一段與一次繞組La2-Lb的誤差； (24)將利用公式(10)得到的誤差λ”~λ3_1(ι帶入公式(11)，求出二次繞組各段與第一段之間的誤差Qi，再帶入公式(12)求得二次繞組其余各段與一次繞組La2-Lb的誤差入2-2~入2_1(|。然后通過(guò)公式(13)計(jì)算得到高準(zhǔn)確度電流比較儀一次繞組置La2-Lb,與二次繞組組成的10:1~100:1比率誤差δ 2_η ； Qi=X 3_廠 λ η(11) 式中:Θ i——二次繞組第i段與第一段之間的誤差 λ —二次邊第i段與一次繞組La3-Lb的誤差
入 2-1 =入 2-1+ 9 i (12) 式中:Θ i——二次繞組第i段與第一段之間的誤差 入—二次邊第i段與一次繞組La2-Lb的誤差
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述步驟(21)和步驟(22)中所述與輔助電流比較儀Tf進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)，測(cè)量出其與Tf之差是這樣實(shí)現(xiàn)的: 將所述電流比較儀與輔助電流比較儀Tf的一次邊極性端短接，并施加同一檢測(cè)電流，將所述電流比較儀的二次端分別接入補(bǔ)償電流調(diào)節(jié)器，然后調(diào)節(jié)旋鈕使指零儀指零，此時(shí)讀數(shù)盤的讀數(shù)就是兩臺(tái)電 流比較儀之差。
【文檔編號(hào)】G01R19/10GK103823100SQ201310322420
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】何小兵, 王維, 張欣, 戴冬雪 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院