具有功率測量功能的儀器的相頻校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有功率測量功能的儀器，尤其涉及一種具有功率測量功能的儀器的 相頻校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率分析儀、電能質(zhì)量分析儀等具備功率測量功能的儀器儀表在應(yīng)用之前，都需 要通過校準(zhǔn)修正因電壓、電流針對同一頻率信號的不同延時而導(dǎo)致的功率、功率因數(shù)角等 相位敏感參數(shù)的誤差。
[0003]由于這類功率測量的儀表量程多，因此校準(zhǔn)方法決定最終計量精度，校準(zhǔn)時間決 定生產(chǎn)效率。目前的相頻校準(zhǔn)方法大多采用人工手動校準(zhǔn)的方法，該方式效率低下、精度不 高、校準(zhǔn)周期長;一些自動校準(zhǔn)的方法則需要通過掃描大量量程，或者單純的電壓相位或者 電流校準(zhǔn)，且不能同時對多臺裝置同時進行校準(zhǔn)。這些校準(zhǔn)方法都不能滿足功率測量的儀 器相頻校準(zhǔn)的精度和效率要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實現(xiàn)自動對多臺裝置進行相頻校準(zhǔn)，且能保證一 定的精度和效率。
[0005] 本發(fā)明提供了一種具有功率測量功能的儀器的相頻校準(zhǔn)方法，包括如下步驟：
[0006] S1:標(biāo)準(zhǔn)功率源依據(jù)一個電壓量程值以及電流量程值輸出相應(yīng)的電壓和電流信號 至各待校準(zhǔn)儀器;并確定若干校準(zhǔn)頻率點及各頻率點下的校準(zhǔn)相位點；
[0007] S2:采集待校準(zhǔn)儀器輸出的測量值，直至完成所需相位點的測量;該測量值包括電 流、電壓相位值；
[0008] 然后，針對步驟S1中確定的每個校準(zhǔn)頻率點：
[0009] S3:依據(jù)各校準(zhǔn)相位點對應(yīng)的所述步驟S2中自待校準(zhǔn)儀器輸出的電流、電壓相位 值以及步驟S1中輸出至待校準(zhǔn)儀器的電流、電壓相位值，得到該校準(zhǔn)頻率點下的電流和電 壓的相位延遲平均值；
[0010] S 4:依據(jù)步驟S 3確定的電流和電壓的相位延遲平均值以及該校準(zhǔn)頻率點的頻率 值，確定該校準(zhǔn)頻率點的相位誤差值；
[0011] S5:重復(fù)步驟S3和S4,得到所有校準(zhǔn)頻率點的相位誤差值；
[0012] S6:對步驟S5得到的校準(zhǔn)頻率點和相位誤差值，進行差值法(利用函數(shù)f(x)在某區(qū) 間中插入若干點的函數(shù)值，作出適當(dāng)?shù)奶囟ê瘮?shù))或者擬合運算(使得該函數(shù)與已知點集的 差別最?。?，得到校準(zhǔn)參數(shù)；
[0013] S7:取不同的電壓量程值和電流量程值的組合，重復(fù)步驟S1至S6,得到所有電壓量 程值以及電流量程值組合下的校準(zhǔn)參數(shù)；
[0014] S8:依據(jù)步驟S7得到的校準(zhǔn)參數(shù)，完成所有電壓量程值和電流量程值下的相頻校 準(zhǔn)。
[0015] 可選的，在所述步驟S1中，輸出電壓的有效值為相應(yīng)電壓量程值的0.5-1倍，輸出 電流的有效值為相應(yīng)電流量程值的0.5-1倍，輸出電壓和電流信號始終保持同頻。
[0016] 可選的，在所述步驟S1中，輸出電壓的有效值為相應(yīng)電壓量程值的0.75倍，輸出電 流的有效值為相應(yīng)電流量程值的〇. 75倍，能夠精確測量其幅頻特性從而提高校準(zhǔn)精度。
[0017] 可選的，在所述步驟S3中，電流的相位延遲平均值依據(jù)以下公式計算得到：
[0019]電壓的相位延遲平均值依據(jù)以下公式計算得到：
[0021] 其中：
[0022] ATu(f)為f校準(zhǔn)頻率點下電壓的相位延遲平均值；
[0023] ATKf)為f校準(zhǔn)頻率點下電流的相位延遲平均值；
[0024] N為f校準(zhǔn)頻率點下標(biāo)準(zhǔn)相位點個數(shù)；
[0025] Θ&為第i個標(biāo)準(zhǔn)相位點對應(yīng)的輸入至所述待校準(zhǔn)儀器的電壓相位值；
[0026] 0Ui '為第i個標(biāo)準(zhǔn)相位點對應(yīng)的自所述待校準(zhǔn)儀器輸出的電壓相位值；
[0027] ΘΙ,為第i個標(biāo)準(zhǔn)相位點對應(yīng)的輸入至所述待校準(zhǔn)儀器的電流相位值；
[0028] ΘI, '為第i個標(biāo)準(zhǔn)相位點對應(yīng)的自所述待校準(zhǔn)儀器輸出的電流相位值；
[0029] f為校準(zhǔn)頻率點的頻率值。
[0030] 可選的，在所述步驟S2中采集的測量值中，
[0031] 當(dāng)采集次數(shù)小于預(yù)設(shè)的穩(wěn)定超時閾值時，選擇最近測量值中滿足標(biāo)準(zhǔn)差小于特定 值的若干(不小于10次)測量值的平均值；
[0032] 在采集次數(shù)大于預(yù)設(shè)的穩(wěn)定超時閾值時，選擇若干(不小于10次)最近測量值的平 均值，作為所述步驟S3中采用的自所述待校準(zhǔn)儀器輸出的電壓、電流相位值；
[0033] 所述特定值為對應(yīng)的輸入至所述待校準(zhǔn)儀器的電壓、電流相位值與一預(yù)設(shè)的校準(zhǔn) 穩(wěn)定相對閾值的乘積。
[0034] 可選的，在所述步驟S4中，該校準(zhǔn)頻率點的相位誤差值依據(jù)以下公式計算得到：
[0036]其中：
[0037] ERROR [ f ]為f校準(zhǔn)頻率點的相位誤差值；
[0038] ATu(f)為f校準(zhǔn)頻率點下電壓的相位延遲平均值；
[0039] ATKf)為f校準(zhǔn)頻率點下電流的相位延遲平均值；
[0040] f為校準(zhǔn)頻率點的頻率值。
[0041]可選的，在所述步驟S6中，頻率和相位誤差值的關(guān)系被所述校準(zhǔn)參數(shù)確定，在所述 步驟S7中，依據(jù)所述校準(zhǔn)參數(shù)確定的關(guān)系確定各頻率的最終相位誤差值。
[0042]可選的，在所述S8中，通過以下公式進行相頻校準(zhǔn)：
[0046] 其中，f為待校準(zhǔn)儀器的測量頻率；
[0047] U為待校準(zhǔn)儀器的測量電壓有效值；
[0048] I為待校準(zhǔn)儀器的測量電流有效值；
[0049 ] ERR0R[ f ]為f校準(zhǔn)頻率點的根據(jù)校準(zhǔn)參數(shù)得到相位誤差值；
[0050] 為相頻校準(zhǔn)前的測量電壓電流相位差；
[0051 ] 為相頻校準(zhǔn)后的電壓電流相位差；
[0052] Plf)為相頻校準(zhǔn)后的有功功率；
[0053] Qlf)為相頻校準(zhǔn)后的無功功率。
[0054] 可選的，在所述步驟S7中，在取不同的電壓量程值和電流量程值時，針對Μ個電壓 量程值和Ν個電流量程值；
[0055] 先取一特定的電壓量程值，將該電壓量程值分別與Ν個所述電流量程值組成Ν個組 合，針對各組合分別重復(fù)步驟S1至S6，完成該Ν個組合下的相頻校準(zhǔn)，得到Ν組校準(zhǔn)參數(shù)；
[0056] 再取一個特定的電流量程值，將該電流量程值分別與所述特定的電壓量程值以外 的Μ-1個電壓量程值組成Μ-1個組合，針對各組合分別重復(fù)步驟S1至S7,完成該Μ-1個組合下 的相頻校準(zhǔn)，得到Μ-1組校準(zhǔn)參數(shù)；
[0057]根據(jù)Ν+Μ-1個校準(zhǔn)參數(shù)，完成對所有Ν*Μ組合的相頻校準(zhǔn)。
[0058]可選的，根據(jù)Ν+Μ-1個最終相位誤差值，通過以下公式計算得到剩下所有組合的最 終相位誤差值，進而完成Ν*Μ個組合的相頻校準(zhǔn)：
[0059] ERROR [ f ] m-n = ERROR [ f ] m-j -ERROR [ f ] i-j -ERROR [ f ] i-η
[0060] 其中，ERROR [ f ] m-n為電壓量程值m對電流量程值n的相位誤差值，ERROR [ f ] m-j為電 壓量程m對電流量程j的相位誤差值，ERR0R[f] i-j為電壓量程i對電流量程j的相位誤差值， ERROR [ f ] i-n為電壓量程i對電流量程η的相位誤差值。
[0061] 與方法對應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種具有功率測量功能的儀器的相頻校準(zhǔn)系統(tǒng)， 包括標(biāo)準(zhǔn)功率源和校準(zhǔn)控制平臺，所述標(biāo)準(zhǔn)功率源一側(cè)連接所述標(biāo)準(zhǔn)控制平臺，另一側(cè)分 別連接各待校準(zhǔn)儀器;所述校準(zhǔn)控制平臺分別連接各待校準(zhǔn)儀器；
[0062]所述標(biāo)準(zhǔn)控制平臺用以：
[0063] 控制所述標(biāo)準(zhǔn)功率源依據(jù)一個電壓量程值以及電流量程值輸出相應(yīng)的電壓和電 流信號至各待校準(zhǔn)儀器;并確定若干校準(zhǔn)頻率點及各頻率點下的校準(zhǔn)相位點；
[0064] 采集待校準(zhǔn)儀器輸出的測量值，直至完成所需相位點的測量;該測量值包括電流、 電壓相位值；
[0065]針對每個校準(zhǔn)頻率點：
[0066]依據(jù)各校準(zhǔn)相位點對應(yīng)的自待校準(zhǔn)儀器輸出的電流、電壓相位值以及輸出至待校 準(zhǔn)儀器的電流、電壓相位值，得到該校準(zhǔn)頻率點下的電流和電壓的相位延遲平均值；
[0067] 依據(jù)已確定的電流和電壓的相位延遲平均值以及該校準(zhǔn)頻率點的頻率值，確定該 校準(zhǔn)頻率點的相位誤差值；
[0068] 得到所有校準(zhǔn)頻率點的相位誤差值；
[0069] 對得到的校準(zhǔn)頻率點和相位誤差值，進行差值或者擬合運算，得到校準(zhǔn)參數(shù)；
[0070] 取不同的電壓量程值和電流量程值的組合，得到所有電壓量程值以及電流量程值 的組合下校準(zhǔn)參數(shù)；
[0071] 依據(jù)得到的校準(zhǔn)參數(shù)，完成對所有電壓量程值和電流量程值組合下的相頻校準(zhǔn)。
[0072] 可選的，所述校準(zhǔn)控制平臺與標(biāo)準(zhǔn)功率源之間采用GPIB方式通信，所述標(biāo)準(zhǔn)控制 平臺與待校準(zhǔn)儀器之間通過以太網(wǎng)通信。
[0073] 可選的，所述校準(zhǔn)控制平臺進一步用以：
[0074] 在采集的測量值中，當(dāng)采集次數(shù)小于預(yù)設(shè)的穩(wěn)定超時閾值時，選擇最近測量值中 標(biāo)準(zhǔn)差小于特定值的若干(不小于10次)測量值的平均值；
[0075] 在采集次數(shù)大于預(yù)設(shè)的穩(wěn)定超時閾值時，選擇若干(不小于10次)測量值的平均值 作為采用的自所述待校準(zhǔn)儀器輸出的電壓、電流相位值；
[0076] 所述特定值為對應(yīng)的輸入至所述待校準(zhǔn)儀器的電壓、電流相位