本發(fā)明涉及一種電流傳感器的誤差消除方法，具體地說(shuō)，涉及基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：
空芯線圈具有無(wú)磁飽和、測(cè)量范圍大、線性度好、頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，是一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的新型電流傳感器，空芯線圈是一種電感式傳感器，基于磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的測(cè)量，互感系數(shù)是其最關(guān)鍵參數(shù)?？招揪€圈中，二次繞組繞在一個(gè)非磁性骨架上，不存在鐵磁材料，使傳感器在幾安到幾百千安的范圍內(nèi)仍然具有優(yōu)良的線性，與傳統(tǒng)CT不同，由于它不是直接測(cè)量電流，即使被測(cè)電流含有很大的直流分量，仍然不會(huì)飽和。因此近年來(lái)空芯電流互感器開始應(yīng)用于繼電保護(hù)和測(cè)量中。整個(gè)線圈均勻地繞在一個(gè)環(huán)形的非磁性骨架上，將流有被測(cè)電流的載流導(dǎo)線置于空芯線圈的環(huán)形非磁性骨架內(nèi)，且通環(huán)形非磁性骨架的軸線平行，對(duì)于穩(wěn)態(tài)下的正弦電流，空芯線圈的輸出電壓可以表示為e＝M·jω·I，式中，I為被測(cè)電流，M為互感常數(shù)，ω為正弦電流的角頻率，e為空心線圈的輸出電壓。一般空芯線圈需要匹配積分器使用(包括模擬積分器和數(shù)字積分器)，積分器的輸入輸出電壓信號(hào)滿足關(guān)系式Uo＝K·Ui/(jω)，其中Ui為輸入電壓信號(hào)，Uo為輸出電壓信號(hào)，ω為正弦電流的角頻率。若將空芯線圈的輸出電壓作為積分器的輸入信號(hào)，則最終的輸出電壓Uo＝K·M·I?？梢钥吹?，空芯線圈的測(cè)量被測(cè)電流的準(zhǔn)確度取決于一個(gè)穩(wěn)定的互感系數(shù)M。所以為了獲得高精度的空芯線圈，制作時(shí)必須遵循以下原則：線圈密度恒定；骨架截面積恒定；線圈橫截面與中心線垂直，否則，會(huì)導(dǎo)致空芯線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，將引入較大的測(cè)量誤差。在實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用中，為了避免空芯線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱而引入的測(cè)量誤差，通過(guò)標(biāo)定電流對(duì)空芯線圈互感系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，但是每次標(biāo)定的互感系數(shù)M不可能是完全恒定的，載流導(dǎo)線的形狀、位置和電流分布對(duì)標(biāo)定的互感系數(shù)M有著直接而顯著的影響，誤差通常為1％—3％，極端情況可能超過(guò)10％，這樣的準(zhǔn)確度不能滿足大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電流測(cè)量要求，這也是阻礙空芯線圈產(chǎn)業(yè)化的重要原因之一。基于此，迫切需要一種空芯線圈的互感系數(shù)誤差消除方法，以解決應(yīng)用中存在的上述問(wèn)題，使空芯線圈的測(cè)量準(zhǔn)確度大幅提高，滿足絕大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明提供了基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中由于在標(biāo)定空芯線圈互感系數(shù)過(guò)程中空芯線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)性和載流導(dǎo)線形狀、位置及電流分布因素對(duì)空芯線圈的互感系數(shù)的影響而使標(biāo)定結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法，空芯線圈固定在轉(zhuǎn)盤上，且空芯線圈中心軸線與轉(zhuǎn)盤中心軸線重合，載流導(dǎo)線置于轉(zhuǎn)盤內(nèi)且與轉(zhuǎn)盤中心軸線平行，其特征在于，包括如下步驟：(1)讓轉(zhuǎn)盤相對(duì)載流導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)并測(cè)量轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈的電壓ei；(2)判斷轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序i是否等于轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)n，若是則進(jìn)入步驟(3)，否則，i＝i+1并進(jìn)入步驟(1)；(3)根據(jù)空芯線圈的電壓和載流導(dǎo)線中標(biāo)定電流獲得轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈互感系數(shù)的測(cè)量值Mi；(4)將轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈互感系數(shù)的測(cè)量值加權(quán)取平均值獲得空芯線圈的消除誤差后互感系數(shù)M；式中，i為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序，i的初始值為1，n為獲取消除誤差互感系數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)，且1≤i≤n，ei為轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈的電壓，Mi為轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈互感系數(shù)的測(cè)量值，M空芯線圈的消除誤差后的互感系數(shù)。通過(guò)多次旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，且每次旋轉(zhuǎn)角度相同，在每旋轉(zhuǎn)一次轉(zhuǎn)盤后獲得在轉(zhuǎn)盤與載流導(dǎo)線在該位置下空芯線圈的電壓，并根據(jù)空芯線圈電壓與標(biāo)定電流關(guān)系換算成互感系數(shù)，每次旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤對(duì)應(yīng)的互感系數(shù)的誤差各不相同，由于每次旋轉(zhuǎn)角度相同，使得這些誤差服從正態(tài)分布規(guī)律，將多次的互感系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，即可消除互感系數(shù)的誤差，即采用旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理消除互感系數(shù)的誤差，從而極大的提升空芯線圈電流測(cè)量的準(zhǔn)確度等級(jí)。進(jìn)一步地，步驟(3)中根據(jù)公式獲得轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈互感系數(shù)的測(cè)量值Mi；式中，ei為轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈的電壓，Mi為轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈互感系數(shù)的測(cè)量值，ω為載流導(dǎo)線中標(biāo)定電流的角頻率，j為虛數(shù)單位，IP為載流導(dǎo)線中標(biāo)定電流，i為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序。進(jìn)一步地，步驟(4)中根據(jù)公式獲得該空芯線圈的互感系數(shù)M，式中，M為空芯線圈消除誤差后的互感系數(shù)，Mi為轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈互感系數(shù)的測(cè)量值，i為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序，i的初始值為1，n為獲取消除誤差互感系數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)，且1≤i≤n。進(jìn)一步地，在上述轉(zhuǎn)盤上做角度標(biāo)識(shí)，便于準(zhǔn)確地按照相同角度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤。進(jìn)一步地，通過(guò)手動(dòng)、電力或者其他自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤與載流導(dǎo)線相對(duì)位置的變化。進(jìn)一步地，所述空芯線圈的種類為手繞式、機(jī)繞式和PCB式。作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種空芯線圈測(cè)量電流的方法，包括如下步驟：(1)采用權(quán)利要求1中所述的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法獲得空芯線圈消除誤差后的互感系數(shù)M；(2)用被測(cè)電流替換載流導(dǎo)線中標(biāo)定電流，讓轉(zhuǎn)盤相對(duì)載流導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)并獲取測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈的電壓ek；(3)判斷測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序k是否等于測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)m，若是則進(jìn)入步驟(4)，否則，k＝k+1并進(jìn)入步驟(2)；(4)根據(jù)測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次后空芯線圈電壓和空芯線圈消除誤差后的互感系數(shù)獲得測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后被測(cè)電流測(cè)量值Ik；(5)將測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后被測(cè)電流測(cè)量值Ik進(jìn)行加權(quán)平均獲得被測(cè)電流準(zhǔn)確值I；式中，M表示用空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法獲得空芯線圈消除誤差后互感系數(shù)，k為測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)次序，k初始值為1，m為測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)，且1≤k≤m，ek表示測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈的電壓，Ik表示測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后被測(cè)電流測(cè)量值，I被測(cè)電流的準(zhǔn)確值。進(jìn)一步地，還包括積分器，用于將空芯線圈輸出電壓進(jìn)行積分處理，使得積分器輸出電壓與被測(cè)電流呈正比，積分器輸入端與空芯線圈輸出端連接。進(jìn)一步地，步驟(4)中根據(jù)公式獲得在測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)k次的被測(cè)電流測(cè)量值Ik；式中，M表示用空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法獲得空芯線圈消除誤差后的互感系數(shù)，Ik表示測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后被測(cè)電流測(cè)量值，T為所述積分器的放大系數(shù)，Ek表示測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤第k次旋轉(zhuǎn)后積分器的輸出電壓，k為測(cè)量被測(cè)電流時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)次序。通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下有益效果：1、本發(fā)明通過(guò)將空芯線圈固定在轉(zhuǎn)盤上，且空芯線圈的中心軸線與轉(zhuǎn)盤中心軸線重合，每次以相同的角度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)改變空芯線圈與載流導(dǎo)線的相對(duì)位置，每改變一次相對(duì)位置進(jìn)行一次空芯線圈中電壓的測(cè)量，根據(jù)每次測(cè)量的空芯線圈中電壓獲得的空芯線圈的互感系數(shù)存在誤差，這些誤差是由于線圈結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性、載流導(dǎo)線位置、形狀以及電流分布以及外接干擾電流和磁場(chǎng)的干擾引起，但由于每次轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同，且每次角度為使得通過(guò)每次測(cè)量電壓獲得的互感系數(shù)誤差呈正態(tài)分布，通過(guò)將所有互感系數(shù)加權(quán)求平均值得到互感系數(shù)為空芯線圈的理論互感系數(shù)。2、本發(fā)明提出空芯線圈測(cè)量電流的方法，根據(jù)標(biāo)定電流和通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行多次測(cè)量空芯線圈電壓并取加權(quán)平均值，獲得空芯線圈消除誤差后的互感系數(shù)，再根據(jù)獲得空芯線圈消除誤差后的互感系數(shù)和通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤多次測(cè)量空芯線圈電壓獲得多個(gè)被測(cè)電流值，并將被測(cè)電流值取加權(quán)平均值，獲得被測(cè)電流值準(zhǔn)確值。本發(fā)明在空芯線圈繞組對(duì)稱狀況、載流導(dǎo)體截面、被測(cè)電流中心位置等關(guān)鍵影響因素未知的前提下，一方面可以極大減弱空芯線圈互感系數(shù)的不穩(wěn)定性，另一方面可完全消除外接干擾電流的影響，從而顯著提高空芯線圈的測(cè)量準(zhǔn)確度，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電流測(cè)量需求。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明所提供的基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法和實(shí)用空芯線圈測(cè)量電流方法所使用裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法的流程圖；圖3為本發(fā)明提供的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法中空芯線圈與電流相對(duì)位置圖；圖4為本發(fā)明提供的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法中干擾電流與空芯線圈的相對(duì)位置圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明所提供的基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法以及使用空芯線圈測(cè)量電流方法所使用裝置，包括轉(zhuǎn)盤1、空芯線圈2和載流導(dǎo)體3，空芯線圈2被緊密固定在轉(zhuǎn)盤1上，轉(zhuǎn)盤1可均勻連續(xù)沿中心軸線4旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤1的尺寸和空芯線圈2的尺寸匹配，且轉(zhuǎn)盤1中心軸線4和空芯線圈2的中心軸線重合，若獲取消除誤差后空芯線圈互感系數(shù)，載流導(dǎo)線3中流過(guò)標(biāo)定電流6，若利用空芯線圈獲取被測(cè)電流準(zhǔn)確值，則載流線3中流過(guò)被測(cè)電流6，載流導(dǎo)體3位于轉(zhuǎn)盤1的內(nèi)部，且和轉(zhuǎn)盤1的中心軸線4平行。如圖2所示，本發(fā)明所提供的基于旋轉(zhuǎn)對(duì)消原理的空芯線圈互感系數(shù)誤差消除方法，包括如下步驟：(1)讓轉(zhuǎn)盤相對(duì)載流導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)并測(cè)量轉(zhuǎn)盤第i次旋轉(zhuǎn)后空芯線圈的電壓ei，i為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序，i的初始值為1，n為獲取消除誤差互感系數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)，且1≤i≤n。(2)判斷轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次序i是否等于轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)n，若是則進(jìn)入步驟(3)，否則，i＝i+1并進(jìn)入步驟(1)。通過(guò)每次以相同的角度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤1，并保持載流導(dǎo)線3位置不變，改變旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤1與載流導(dǎo)線3的相對(duì)位...