專利名稱：交直流電流校準源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于電流表檢定、科研測試中的交直流電流校準源。
背景技術：
電流量值作為電能源的一個重要參數(shù)、電學計量的基本量，廣泛應用于電鍍、電冶、電機制造及檢修、電池及電氣機車、航空甚至航天等領域。交直流電流量值從幾安、 幾十安至幾百安、幾千安甚至上萬安培。對這些交直流電流量值的準確計量，直接關系到系統(tǒng)運行效果、關系產品質量，甚至關系到整個系統(tǒng)的成敗。我國省市級、大中型企業(yè)及國防工業(yè)的電流量值傳遞/溯源系統(tǒng)大量使用的是六十年代的XF型裝置和進口的FLUKE等標準源和數(shù)字儀表。這些裝置的共同點是量程小 、交流參量及擴頻后的測量精度低，已不能滿足國民經濟、國防事業(yè)和儀表技術發(fā)展的需要，因此研制IOA以上大電流量值傳遞/溯源標準源是非常有意義的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種源、表一體化的高精度、大功率、寬頻響的交直流電流校準源。本發(fā)明所述的交直流電流校準源，由輸入設備、控制電路、信號變換電路、功率放大電路、采樣反饋電路及顯示電路組成，由輸入設備將輸入信號輸入至控制電路，控制電路的輸出信號經信號變換電路送至功率放大電路，功率放大電路的輸出信號分成兩路，其中一路信號送至采樣反饋電路，另一路信號輸出至顯示電路。所述的輸入設備為鍵盤、鼠標、掃描儀中的一種。所述的輸入設備有RSC接口。所述的信號變換電路由直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器、數(shù)字波合成器構成， 直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器、數(shù)字波形合成器分別與控制電路聯(lián)接。所述的直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器均為可調。所述的采樣反饋電路由交流雙級電流互感器、直流電流比較儀構成，直流電流比較儀和交流雙級電流互感器的輸入端均與功率放大器中的大功率達林頓管聯(lián)接，直流電流比較儀的輸出端與功率放大電路中的直流前置放大器聯(lián)接，交流雙級電流互感器的輸出端與功率放大電路中的交流前置預處理器聯(lián)接。所述的功率放大電路由直流前置放大器、交流前置預處理器、大功率達林頓管構成，直流前置放大器的輸入端與采樣反饋電路中的直流電流比較儀聯(lián)接，交流前置預處理器的輸入端與信號變換電路中的數(shù)字頻率合成器聯(lián)接，直流前置放大器和交流前置預處理器的輸出端均與大功率達林頓管聯(lián)接。所述的顯示電路由A/D轉換器、乘法累加器、顯示器構成，A/D轉換器的輸入端與功率放大電路中的大功率達林頓管聯(lián)接，其輸出端與乘法累加器的輸入端聯(lián)接，乘法累加器通過緩存器與控制電路聯(lián)接，顯示器與控制電路聯(lián)接。
所述的控制電路為單片機。所述的控制電路為通過RS232接口連接的計算機。本發(fā)明所述的交直流電流校準源，采取特殊的驅動單元電路及反饋電路達到穩(wěn)定輸出，其中交流驅動電路采用誤差前饋技術，反饋電路采用第一級互感器做交流內環(huán)反饋， 第二級互感器經交直流轉換后做外環(huán)反饋，同時提供高精度的交流變換信號至顯示電路； 直流驅動電路采用復合誤差前饋技術，直流電流比較儀做大環(huán)路反饋，同時提供高精度的直流變換信號至顯示電路；顯示電路采用了數(shù)字采樣、數(shù)字乘法技術，分別計算出交直流電流值，交流直接數(shù)字采用乘法技術保證了交流值測量的高精度。本發(fā)明輸出功率大、穩(wěn)定度高，顯示精度高，操作方便。


圖1為本發(fā)明的結構框圖。1-輸入設備，2-控制電路，3-信號變換電路，4-采樣反饋電路，5-功率放大電路， 6-顯示電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述，但不限于實施例。 實施例本發(fā)明所述的交直流電流校準源，包括輸入設備1、控制電路2、信號變換電路3、 功率放大電路5、采樣反饋電路4和顯示電路6，由輸入設備1將輸入信號輸入至控制電路2，控制電路2的輸出信號經信號變換電路3后送至功率放大電路5，功率放大電路5的輸出信號分成兩路，其中一路信號送至采樣反饋電路4，另一路信號輸出至顯示電路6。輸入設備1可為鍵盤、鼠標、掃描儀中的一種，且?guī)в蠷SC接口。各部分技術方案如下
信號變換電路3包括直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器、數(shù)字波合成器，直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器、數(shù)字波形合成器分別與控制電路聯(lián)接。信號變換電路是交直流電流校準源的基礎，通過把輸出信號按照一個周期的點存儲在ROM中通過對信號點按頻率進行掃描實現(xiàn)不同周期的信號輸出，信號的穩(wěn)定度保證整個校準源最終所能達到的穩(wěn)定度。 DAC702可調直流電壓基準器的直流電壓基準控制整個校準源的輸出幅值，輸出幅值的調節(jié)通過調節(jié)直流電壓基準來實現(xiàn)，直流電壓基準決定了整個校準源的輸出穩(wěn)定度，校準源的幅值調節(jié)選用美國BB公司生產的十六位數(shù)/模轉換器DAC702KH作為主控直流電壓基準， 穩(wěn)定度達到0. 002%/3分鐘，加以電位器輔助調節(jié)，保證調節(jié)細度源于0. 001% ；可調頻率合成器采用直接數(shù)字頻率合成器DDS專用芯片AD9850，32位控制精度，具有輸出范圍廣穩(wěn)定度高的優(yōu)點。數(shù)字波形合成器中的交流信號合成主要通過波形合成之后通過高速數(shù)模轉換器輸出完成，波形合成通過MCU2完成，數(shù)模轉換器采用12位的AD565A芯片，滿量程轉換時間為30ns，合成的交流信號穩(wěn)定度優(yōu)于0. 005%/3分鐘，波形失真優(yōu)于0. 05%。功率放大器電路5采用能適應交直流輸出的直接耦合直接輸出的放大器，保證了放大器在整個輸出頻段幅值衰減極小，相移極小，取得反饋信號后能達到穩(wěn)定輸出，包括前置放大、功率放大環(huán)節(jié)，前置放大包括直流前置控制放大器和交流前置預處理器。功率放大器前級驅動采樣誤差前饋技術，誤差放大器采用低漂移運算放大器，配合以底溫度系數(shù)精密金屬膜電阻，使整個前置放大器有低溫漂特性。根據(jù)交直流輸出不同特性要求，分別設計了直流前置控制放大器和交流前置預處理器進行前置放大；功率放大電路輸出級采用交直流共用，多只大功率達林頓管并聯(lián)輸出，確保達到50A電流輸出，并能長期可靠運行，通過量限控制、選擇控制以、交直流選擇以及輸出選擇控制后輸出。采樣反饋電路4包括雙級交流電流互感器和直流電流比較儀，采用能適應交直流反饋采樣的雙級交流電流互感器和直流電流比較儀分別完成對交直流電流采樣，直流電流比較儀和交流雙級電流互感器的輸入端均與大功率達林頓管聯(lián)接，直流電流比較儀的輸出端與直流前置放大器聯(lián)接，交流雙級電流互感器的輸出端與交流前置預處理器聯(lián)接，采樣后的信號分為兩路，一路作為反饋信號，另一路作為顯示信號。雙級電流互感器屬于交流反饋采樣，具有較高精度，比差、角差很小，保證了反饋和顯示信號的誤差極小；直流電流比較儀屬于直流反饋采樣，以往常規(guī)的直流電流采樣為分流器，采樣信號幅值小，溫度漂移大，難以保證信噪比及穩(wěn)定性，所以在校準源中研制了直流電流比較儀作為采樣元件，達到了高幅值、低漂移，確保直流高穩(wěn)定輸出及高精度顯示。顯示電路6包含了測量儀表的各環(huán)節(jié)，A/D轉換器、數(shù)字乘法累加器、顯示器，A/ D轉換器的輸入端與大功率達林頓管聯(lián)接，其輸出端與乘法累加器聯(lián)接，乘法累加器經緩存器與控制電路聯(lián)接，經處理后的信息送至顯示器顯示出來，顯示電路的性能決定了最終的顯示精度，是整個校準源作為量傳的最終量值體現(xiàn)。A/D轉換器的精度、線性誤差決定了顯示精度，采用了十六位高精度芯片AD977A作A/D轉換；乘法累加器將A/D轉換的數(shù)據(jù)進行乘法累加，根據(jù)乘法累加的結果及各種參數(shù)計算出電流值、頻率、穩(wěn)定度等參數(shù)；顯示器顯示出需要的量值參數(shù)比如電流值、頻率、穩(wěn)定度等，通訊接口將數(shù)據(jù)傳送至上位機，實現(xiàn)程控自動校驗、數(shù)據(jù)存儲、結果打印。本發(fā)明所述的交直流電流校準源，具有校驗儀功能，能輸出/測量0 50A交直流電流，校驗各型交直流電流表；具有面板編程和上位機程控管理軟件平臺，實現(xiàn)功能、 檔位轉換、程控操作、半自動校驗和數(shù)據(jù)傳輸、存儲、管理等；具有穩(wěn)定度、頻率自測/ 顯示功能。輸出/測量范圍為0 50A，分0. 2A、ΙΑ、5A、IOA、20A、50A六檔，連續(xù)可調；當各參數(shù)達到額定值時輸出穩(wěn)定度優(yōu)于0. 005%/分鐘；直流信號的交流紋波< 1% ； 交流信號失真度< 0. 5% ；輸出信號頻率范圍為45Hz IkHz;測量顯示精度為直流優(yōu)于 0. 01%,交流45Hz 65Hz優(yōu)于0. 01% ；65Hz IkHz優(yōu)于0. 05% ；頻率為45Hz IkHz時測量顯示為精度0.01%。本發(fā)明所述的交直流電流校準源，對電流表校驗所需的源表進行了一體化設計， 在源輸出穩(wěn)定度、輸出功率、表測量精度、電流量程、擴展頻率精度等方面較以往的裝置均有大幅度提高，為交直流電流的量值傳遞/溯源提供了量值可靠、性能穩(wěn)定、功能齊全的校準源，提高了工作效率，從而實現(xiàn)源、表一體化的高精度、大功率、寬頻響且操作方便。
權利要求
1.一種交直流電流校準源，由輸入設備(1)、控制電路(2)、信號變換電路(3)、功率放大電路(5)、采樣反饋電路(4)及顯示電路(6)組成，其特征在于，由輸入設備(1)將輸入信號輸入至控制電路(2)，控制電路(2)的輸出信號經信號變換電路(3)送至功率放大電路 (5)，功率放大電路(5)的輸出信號分成兩路，其中一路信號送至采樣反饋電路(4)，另一路信號輸出至顯示電路(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的輸入設備(1)為鍵盤、鼠標、掃描儀中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的輸入設備(1)置有 RSC 接口。
4.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的信號變換電路(3)由直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器、數(shù)字波合成器構成，直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器、數(shù)字波形合成器分別與控制電路(2)聯(lián)接。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的交直流電流校準源，其特征在于，直流電壓基準器、數(shù)字頻率合成器均為可調。
6.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的采樣反饋電路(4)由交流雙級電流互感器、直流電流比較儀構成，直流電流比較儀和交流雙級電流互感器的輸入端均與功率放大器中的大功率達林頓管聯(lián)接，直流電流比較儀的輸出端與功率放大電路中的直流前置放大器聯(lián)接，交流雙級電流互感器的輸出端與功率放大電路中的交流前置預處理器聯(lián)接。
7.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的功率放大電路(5)由直流前置放大器、交流前置預處理器、大功率達林頓管構成，直流前置放大器的輸入端與采樣反饋電路中的直流電流比較儀聯(lián)接，交流前置預處理器的輸入端與信號變換電路中的數(shù)字頻率合成器聯(lián)接，直流前置放大器和交流前置預處理器的輸出端均與大功率達林頓管聯(lián)接。
8.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的顯示電路(6)由A/D 轉換器、乘法累加器、顯示器構成，A/D轉換器的輸入端與功率放大電路中的大功率達林頓管聯(lián)接，其輸出端與乘法累加器的輸入端聯(lián)接，乘法累加器通過緩存器與控制電路聯(lián)接，顯示器與控制電路聯(lián)接。
9.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的控制電路(2)為單片機。
10.根據(jù)權利要求1所述的交直流電流校準源，其特征在于，所述的控制電路(2)為通過RS232接口連接的計算機。
全文摘要
一種交直流電流校準源涉及一種應用于電流表檢定﹑科研測試中的交直流電流校準源，由輸入設備、控制電路、信號變換電路﹑功率放大電路﹑采樣反饋電路及顯示電路組成，由輸入設備將輸入信號輸入至控制電路，控制電路的輸出信號經信號變換電路送至功率放大電路，功率放大電路的輸出信號分成兩路，其中一路信號送至采樣反饋電路，另一路信號輸出至顯示電路；本實用新型輸出功率大﹑穩(wěn)定度高，顯示精度高，操作方便。
文檔編號G01R1/28GK102253258SQ201110106679
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2011年4月27日
發(fā)明者葉長飛, 張自長, 曾舒帆, 朱自科, 李亞娟, 蘇紅, 陳萬才 申請人:云南省計量測試技術研究院