專利名稱：一種用于精密交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量值溯源技術(shù)，具體涉及一種用于精密交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)和科研的需要，精密的交流電流測量溯源技術(shù)近來越來越得到重視。眾所周知，電流的測量是建立在電壓測量的基礎(chǔ)之上，即將電流變換為電壓(電流/電壓變換)，通過測量這個電壓來間接測量電流。此外，由于實際工作中 的交流電流范圍很寬，如常見的O. 002A-100A，而測量儀器保證準(zhǔn)確度的輸入范圍有限，所以需要將大電流或小電流轉(zhuǎn)換為合適的固定電流值，再用一個固定阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻器進行電流/電壓變換；或者采用多個不同阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻器，直接對測量范圍內(nèi)的交流電流進行電流/電壓轉(zhuǎn)換。目前，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、計量、科研和電力試驗研究部門的交流電流計量標(biāo)準(zhǔn)儀器，其測量不確定度指標(biāo)一般在IOOppm左右，國家級實驗室的交流電流測量標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度一般能達到15 30ppm左右。現(xiàn)有的交流電流測量準(zhǔn)確度的溯源主要有以下兩種技術(shù)方法一、標(biāo)準(zhǔn)電阻法如圖5所示，當(dāng)電流通過電阻時，電阻兩端會產(chǎn)生電壓降，如果電阻已知且這個電壓范圍能夠直接測量，由歐姆定律I=U/R就可以測量和標(biāo)定出電流，這就實現(xiàn)了電流/電壓變換。用此方法對寬量限的電流測量，則需多個標(biāo)準(zhǔn)電阻器。當(dāng)電流通過電阻時，電阻上消耗的功率W=I2R,如果實際測量需要O. 8V電壓，則測量100A電流的標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值應(yīng)為O. 008 Ω，則此時標(biāo)準(zhǔn)電阻的功耗將達到W=80W，所以測量大電流的標(biāo)準(zhǔn)電阻的功率容量要足夠大，通常采用組合式電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器，如美國FLUKE公司的A40B型精密分流器，以滿足一定功率消耗的要求。組合式電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的阻值的不確定度一般只在20 60ppm范圍內(nèi)，并呈現(xiàn)阻值減小而誤差增大的特性。但此標(biāo)準(zhǔn)電阻器的角差的不確定度一般較小，工頻電流測量時約在I μ rad (I微弧度)范圍內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)電阻的標(biāo)定通常用精密的交流阻抗電橋(也可用直流電橋標(biāo)定交流電阻器的阻值誤差)，精密的交流阻抗電橋的最小測量不確定度約為IOppm (K=2)。交流阻抗電橋是與標(biāo)準(zhǔn)參考電阻一起使用的，標(biāo)準(zhǔn)參考電阻一般由1、10、100、1000、10000、100000歐姆的標(biāo)稱值電阻組合而成，標(biāo)準(zhǔn)參考電阻的角度誤差通常用微弧度(μ rad)表示。這種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻法即是將交流電流的測量溯源到組合式電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。這種方法主要存在以下問題①電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值不確定度較大，因大電流測量時的功耗較大，電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器會產(chǎn)生發(fā)熱，溫度漂移大；②標(biāo)定組合式電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器時，因交流阻抗電橋工作電流較小，與組合式電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器實際工作電流差異較大，引入的不確定度很難計量。二、功率測量溯源法如圖6所示，當(dāng)功率測量的不確定度較小時，可以通過功率指示值反推出電流幅值的方法來測量。由有功功率表達式W=U*I*COSO可知，當(dāng)功率因數(shù)COSO調(diào)整為I且電壓已知時，則有I=w/U。目前最高準(zhǔn)確度的功率測量裝置配有不確定度不大于5ppm的電流互感器，其次級額定電流為5A，功率測量裝置用固定的輸入電壓(如100V)，通過變換電流互感器的檔位(初級有多個抽頭)來擴展電流的測量范圍。傳統(tǒng)的功率測量溯源法即是將交流電流的測量溯源到標(biāo)準(zhǔn)功率表。這種方法主要存在以下問題①功率測量溯源方法受到功率和電壓有效值測量準(zhǔn)確度雙重影響；②功率測量溯源方法不確定度影響因素多，且不能單獨測量電流的角差。綜上所述，交流電流的測量溯源可通過電流/電流變換、電流/電壓變換等過程來實現(xiàn)，所以交流電流的測量溯源就演變成了電流/電流變換、電流/電壓變換的溯源，而上述兩種現(xiàn)有交流電流測量的溯源方法都存在一些問題，很難滿足一般電學(xué)計量實驗室提高交流電流測量溯源準(zhǔn)確度的實際迫切需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種用于精密交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法，可提高電流/電壓變換的溯源準(zhǔn)確度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種用于交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法，包括(I)將交流電穩(wěn)壓源輸入已知比例誤差Eu的交流電壓比例基準(zhǔn)進行電壓/電壓比例變換，得到標(biāo)準(zhǔn)電壓；(2)將該交流電穩(wěn)壓源接入已知阻值誤差Eru的電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器，得到標(biāo)準(zhǔn)電流；( 3 )將所得的標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電壓變換器，按照標(biāo)準(zhǔn)電壓的大小，進行相應(yīng)電流/電壓的比例變換，得到變換后的電壓；(4)將變換后的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器，也即電流/電壓變換的比例變換準(zhǔn)確度溯源到了交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。在上述基礎(chǔ)上，本發(fā)明可做如下改進本發(fā)明所述步驟(3)中，先將標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電流變換器進行電流比例變換，標(biāo)準(zhǔn)電流變換為滿足后級所述電流/電壓變換器輸入要求的輸入電流；其中，用電流比較儀檢定校準(zhǔn)電流/電流變換器，獲得電流/電流變換器的比例誤差Eii2。本發(fā)明所述步驟(4)中，用雙通道交流電壓比較儀的兩個通道分別接入所述標(biāo)準(zhǔn)電壓和所述變換后的電壓，獲得兩通道的比較誤差E2，則獲得電流/電壓變換器的變換誤差Eiu=E2+Eu+Eru — Eii2，從而實現(xiàn)對電流/電壓變換器的校準(zhǔn)，也即實現(xiàn)對電流/電壓變換準(zhǔn)確度的溯源。本發(fā)明所述電流/電壓變換的溯源方法還包括(4-1)將交流電穩(wěn)流源輸入其它安匝的電流/電流變換器，經(jīng)相適配的電流/電壓變換器輸出變換電壓，該變換電壓與已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器輸出的校準(zhǔn)電壓相對應(yīng)；(4-2)將其它安匝的電流/電流變換器與已校準(zhǔn)的電流/電流變換器的重疊檔位串接后，經(jīng)已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器輸出校準(zhǔn)電壓；(4-3)將變換電壓與校準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用已校準(zhǔn)的電流/電流變換器和已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器校準(zhǔn)了其它安匝的電流/電流變換器及其相適配的電流/電壓變換器，也即進行了擴展電流/電壓變換器的比例變換準(zhǔn)確度的溯源。本發(fā)明所述步驟(4-3 )中，采用雙通道交流電壓比較儀對變換電壓與校準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差。進一步地，本發(fā)明所述電流/電壓變換的溯源方法還包括(6-1)另外用交流電穩(wěn)流源輸入電流/電流變換器輸出后，經(jīng)電流/電壓變換器輸出；(6-2)同時將交流電穩(wěn)流源輸入已知相位誤差的電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器后輸出；(6-3)將電流/電壓變換器的輸出與電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出進行比較獲得相位誤差，則用電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器的相位，也即電流/電壓變換的相位準(zhǔn)確度溯源到了電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。本發(fā)明采用雙通道交流電壓比較儀對電流/電壓變換器的輸出與電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出進行比較獲得相位誤差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果( I)本發(fā)明用準(zhǔn)確度可用達ppm量級的交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器來校準(zhǔn)(溯源)交流電流/電壓變換的幅值，而交流電壓比例基準(zhǔn)可國家JJG244-2003《感應(yīng)分壓器檢定規(guī)程》確定的感應(yīng)分壓器絕對檢驗方法原則對其進行檢定，且電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器也可直接送到相應(yīng)的國家計量檢定機構(gòu)進行溯源，并得到相應(yīng)的誤差值，其組織不確定度較小，也不會產(chǎn)生發(fā)熱到來溫漂問題，從而最終保證了本發(fā)明溯源方法的溯源準(zhǔn)確度；(2)本發(fā)明再利用電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器其角差不確定度小的特點，單獨校準(zhǔn)電流/電壓變換器的相位，使其角差溯源準(zhǔn)確度可達Iurad內(nèi)，進一步提高本發(fā)明電流/電壓變換的溯源準(zhǔn)確度。(3)本發(fā)明還通過電流/電流互感器相同檔位串接，即手拖手(back toback)的方式，用已校準(zhǔn)的電流/電流互感器、電流/電壓互感器來校準(zhǔn)其它安匝的電流/電流互感器及與其相適配的電流/電壓互感器，以擴展電流/電壓的變換比例，適應(yīng)較寬的交流電流測量范圍；(4)本發(fā)明的各個輸出的電壓采用雙通道交流電壓比較儀進行比對獲得誤差，可抵消掉雙通道交流電壓比較儀的雙通道自身的系統(tǒng)誤差，進一步提高本發(fā)明溯源的準(zhǔn)確度。


圖1為本發(fā)明校準(zhǔn)20安匝20mA/4V變換器的接線圖；圖2為本發(fā)明校準(zhǔn)200安匝O. 2A/4V變換器的接線圖；圖3為本發(fā)明校準(zhǔn)2安匝O. 02A/4V變換器的接線圖；圖4為本發(fā)明電流/電壓變換相位溯源校正的接線圖；圖5為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電阻法的接線圖；圖6為現(xiàn)有功率測量溯源發(fā)的接線圖。
具體實施例方式如圖1所示的一種用于精密交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法，包括(I)將交流電穩(wěn)壓源輸入已知比例誤差Eu的交流電壓比例基準(zhǔn)進行電壓/電壓比例變換，得到標(biāo)準(zhǔn)電壓；其中，交流電壓/電壓比例基準(zhǔn)由分段等電位屏蔽感應(yīng)分壓器和雙級電壓互感器50-100-200-400V/4V組成。感應(yīng)分壓器傳遞比率誤差由磁性誤差和容性誤差組成，采用中國發(fā)明專利ZL200810218417. X公開的通過有源阻抗的矢量電壓合成來消除互感器測量誤差的方法，該方法是將互感器二次繞組的主回路電流和檢測繞組的電流分別獨立檢測并轉(zhuǎn)換成電壓，再放大兩路變換電壓后，輸入到加法運算放大器求和，完成了有源阻抗的矢量電壓合成輸出，該方法可以有效的消除互感器的測量誤差，提高測量準(zhǔn)確度。其中磁性誤差通過采用組合鐵芯和多段導(dǎo)線絞合繞制解決，其容性誤差消除的辦法是從勵磁繞組得到每個段電壓，并將該電壓對應(yīng)連接于比例繞組的每一段的屏蔽繞組，使容性誤差大大減小。依據(jù)國家JJG244-2003《感應(yīng)分壓器檢定規(guī)程》確定的感應(yīng)分壓器絕對檢驗方法原則，擴展至量 程為50-100-200-400V/4V的電壓比例基準(zhǔn)。交流電壓/電壓比例基準(zhǔn)不確定度為2ppm和
2μ rad?？刹捎弥?、副感應(yīng)分壓器級聯(lián)的方式獲得需要的變比以校正交流電壓/電壓比例基準(zhǔn)獲得比例誤差。(2)將該交流電穩(wěn)壓源接入已知阻值誤差Eru的電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器，得到標(biāo)準(zhǔn)電流；其中，電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器采用廣州市格寧電氣有限公司生產(chǎn)的組合式電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其型號為YCSR-5-lOk (也可采用美國公司FLUKE的742A型標(biāo)準(zhǔn)電阻器)，標(biāo)稱阻值為IOK歐姆，由阻值為20K歐姆的8個相同工藝結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)電阻串并聯(lián)組成，該標(biāo)準(zhǔn)電阻采用油浸密封工藝，在規(guī)定使用條件下，其阻值具有極高的穩(wěn)定性，指標(biāo)達到2ppm/10年，因為是組合式標(biāo)準(zhǔn)電阻器的原因，其長期穩(wěn)定性比單個標(biāo)準(zhǔn)電阻提高了約3倍。組合式電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的不確定度比值差為2ppm以內(nèi)，相位差為lurad。但由于工藝結(jié)構(gòu)的原因，該電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的相位準(zhǔn)確度誤差約為3飛μ rad,但此相位誤差在本發(fā)明溯源過程中不參與。本組合式電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器可直接送到相應(yīng)的國家計量檢定機構(gòu)進行溯源，并得到相應(yīng)的誤差值。(3)先將標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電流變換器進行電流比例變換，標(biāo)準(zhǔn)電流變換為滿足后級電流/電壓變換器輸入要求的輸入電流，以電流比較儀為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《JJG313-測量用電流互感器檢定規(guī)程》，通過互感器校驗儀對電流/電流變換器進行傳遞、檢定校準(zhǔn)，并得出電流/電流變換器的比例誤差Eii2。經(jīng)電流/電流變換器變換后輸出所得的標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電壓變換器，本實施例指8mA/4V變換器，按照標(biāo)準(zhǔn)電壓的大小，進行相應(yīng)電流/電壓的比例變換，得到變換后的電壓；其中，本實施例的電流/電流變換器指20AT (安膽)雙級電流互感器。(4)將變換后的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器，也即電流/電壓變換的比例變換準(zhǔn)確度溯源到了交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器；其中，用雙通道交流電壓比較儀的兩個通道分別接入所述標(biāo)準(zhǔn)電壓和所述變換后的電壓，獲得兩通道的比較誤差E2，則獲得電流/電壓變換器的變換誤差Eiu=E2+Eu+Eru — Eii2，從而實現(xiàn)對電流/電壓變換器的校準(zhǔn)，也即實現(xiàn)對電流/電壓變換準(zhǔn)確度的溯源。其中，雙通道交流電壓比較儀(簡稱比較儀)采用中國實用新型專利ZL201120055472. 9公開的一種高精度組合式多功能校準(zhǔn)儀，可進行精度的模/數(shù)轉(zhuǎn)換、高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)和精密的交流有效值和相位計算。比較儀由輸入緩沖器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、直流電壓參考基準(zhǔn)、隔離供電電源和數(shù)字處理部分等組成。兩個通道完全隔離設(shè)計，容性泄漏極小。連續(xù)采樣模式下，工頻測量幅值誤差不大于O. 2ppm,相位誤差不大于O. 2 μ rad,并且隨時可進行通道一致性校準(zhǔn)和零度相位絕對校準(zhǔn)。如圖1所示，本實施例校準(zhǔn)20安匝雙級電流互感器和8mA/4V變換器的具體步驟如下①穩(wěn)定交流電壓源施加200V交流電壓于IOK組合式電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻的上端與下端。②IOK標(biāo)準(zhǔn)電阻的下端同時連接雙級電流互感器的上端和運算放大器(有源補償器)的負(fù)輸入端。③運算放大器的正輸入端接地端。④雙級電流互感器下端連接運算放大器的輸出端，并通過負(fù)載電阻到地端。⑤穩(wěn)定交流電壓源、運算放大器、運放工作電源(圖中未畫出)、10K標(biāo)準(zhǔn)電阻與互感器初級繞組的阻抗共同組成有源補償電路(或稱恒流源電路I=U/R)。⑥雙級電流互感器一次電流為20mA，二次電流8mA，與8mA / 4V變換器共同組成20mA/4V變換器，輸出4V至交直流電壓比較儀的B通道輸入端，其比例輸出參考端接比較儀B通道的參考端。⑦穩(wěn)定交流電壓源的200V電壓通過200V/4V的雙級電壓互感器，二次輸出4V電壓接到比較儀的A通道輸入端，其比例輸出參考端接A通道的參考端。⑧用電腦自動讀取雙通道電壓比較儀A、B通道的電壓值，取同一時間段的200個數(shù)平均，并用平均值求出兩通道的比較誤差E2。⑨交直流電壓比較儀A通道的變換誤差為Eu+Ea，B通道的變換誤差為-Eru+Ei2+Eb，兩個通道的比較誤差為 E2=-Eru+Ei2+Eb-Eu-Ea=-Eru+Ei2_Eu+Eba，即Ei2=E2+Eru+Eu-Eba,由于已知Eru和Eu,而Eba又能自校準(zhǔn)或在測量中消除，則可求得20mA/4V的變換誤差，而8mA/4V的變換誤差Eiu2=Ei2_Eii2，Eii2為已知，從而實現(xiàn)對8mA/4V的變換器的校準(zhǔn)。計算公式中采用的符號含義為Ea—比較儀A通道測量幅值誤差；Eb—比較儀B通道測量幅值誤差；Eba——比較儀雙通道4V —致性誤差Eb-Ea ； Eu——5(T400V/4V的比例誤差，實施例討論的是200V/4V，即溯源后的電壓/電壓比例基準(zhǔn)200V/4V的誤差；Eiil——O. 2A"l00A/80mA的比例誤差，即經(jīng)電流比較儀傳遞出來的誤差；Eii2——O. 02A"l0A/8mA的比例誤差，即經(jīng)電流比較儀傳遞出來的誤差；Eiul-80mA/4V 的變換誤差；Eiu2-8mA/4V 的變換誤差；
Eil-Eiil+Eiul 的比例誤差；Ei2——Eii2+Eiu2 的比例誤差；Eru——電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值誤差，即國家計量機構(gòu)傳遞出來的誤差。為擴展電流/電壓的變換比例，適應(yīng)較寬的交流電流測量范圍，本實施例還包括(4-1)將交流電穩(wěn)流源輸入其它安匝的電流/電流變換器(如本實施例的200安匝、2安匝的雙級電流互感器)，經(jīng)相適配的電流/電壓變換器(如本實施例的80mA/4V變換器和O. 8mA/4V變換器)輸出變換電壓，該變換電壓與已校準(zhǔn)的 電流/電壓變換器輸出的校準(zhǔn)電壓相對應(yīng)；(4-2)將其它安匝的電流/電流變換器與已校準(zhǔn)的電流/電流變換器的重疊檔位串接(目的是流過兩個變換器的電流相同)后，經(jīng)已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器輸出校準(zhǔn)電壓；(4-3)將變換電壓與校準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用已校準(zhǔn)的電流/電流變換器和已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器校準(zhǔn)了其它安匝的電流/電流變換器及其相適配的電流/電壓變換器，也即進行了擴展電流/電壓變換器的比例變換準(zhǔn)確度的溯源。本發(fā)明所述步驟(4-3 )中，采用雙通道交流電壓比較儀對變換電壓與校準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差。A)如圖2所示，由于20安匝雙級電流互感器和8mA/4V變換器(即O. 2A/4V變換器)已經(jīng)校準(zhǔn)，可利用20安匝與200安匝的重疊檔位(如O. 2A)串接，即手拖手方式。本實施例如圖2-4所示，三個不同安匝的雙級電流互感器的一次電流檔位參數(shù)設(shè)計為100 50 20 10 5 2 I 0.5 0.2(200 安匝)10 5 2 I O. 5 O. 2 O.1 O. 05 O. 02 (20 安匝)I O. 5 O. 2 O.1 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 (2 安匝)各檔位的單位為安培(A)，以上排列表明了“手拖手”的含義a)每個互感器均有重疊的相同量限(檔位)。b)每個互感器有不同的量限。c)相同量限用于比對，不同量限作為線性遞推依據(jù)。三個雙級電流互感器的額定二次電流分別為80mA、8mA、0. 8mA，三個不同的電流/電壓變換器分別把三個雙級電流互感器的額定二次電流變換為標(biāo)稱的4V電壓，比如，將O. 2A電流通入三個不同安匝電流互感器相同檔位的情況。本實施例校準(zhǔn)200安匝O. 2A/4V變換器幅值的具體步驟如下①精密電源施加O. 2A交流電流，穩(wěn)定交流電流源輸出高端連接200安匝雙級電流互感器的高端，200安匝雙級電流互感器的低端串接20安匝雙級電流互感器的低端(手拖手方式可以減小測量的容性漏電)，20安匝雙級電流互感器的高端接電流源輸出的低端。②20安匝雙級電流互感器輸出的4V接入比較儀A通道，200安匝雙級電流互感器輸出4V接入比較儀B通道。③用電腦自動讀取雙通道電壓比較儀A、B通道的電壓值，取同一時間段的200個數(shù)平均，并用平均值求出兩通道的比較誤差El。④比較儀A通道示值誤差E2=Ei2+Ea，B通道示值誤差El=Eil+Eb，比較儀比較誤差 El=Eil+Eb-Ei2-Ea=Eil-Ei2+Eba，Eil=El+Ei2_Eba，
將以上第⑨項中Ei2=E2+Eru+Eu-Eba 代入 Eil=El+Ei2_Eba 中，即得到200安匝互感器O. 2A/4V的誤差表示式Eil=El+E2+Eru+Eu-2*Eba此處的E2與以上第⑨項中的E2實際在相同的器件放在不同的測量位置上，又由于Eba是固定的而又是可以消除的，所以誤差源頭是一樣的，也即，在第⑨項中，已經(jīng)將E2變成了一個已知值，而A) —④項中，把這個值看成一個標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)來El中的EiI。其中，E2和El是兩次比較儀試驗的比較誤差，Eru是IOK標(biāo)準(zhǔn)電阻誤差，Eu是200V/4V的比例誤差，Eba是比較儀通道不一致誤差。
④實驗數(shù)據(jù)舉例E2=-14.3ppm, El=9. 3ppm, Eru=3ppm,Eu=L 2ppm, Eba=O. 2ppm,貝lj，Eil(0. 2A/4V)=El+E2+Eru+Eu-2*Eba=9. 3-14. 3+3+1. 2-2*0. 2=-1. 2ppm。公式中各符號的含義與上述定義相同。B)如圖3所示，用同于校準(zhǔn)200安匝O. 2A/4V變換器同樣的方法，校準(zhǔn)2安匝O. 02A/4V變換器幅值。本實施例還包括交流電流/電壓變換的相位溯源，如圖4所示(6-1)另外用交流電穩(wěn)流源輸入電流/電流變換器輸出后，經(jīng)電流/電壓變換器輸出；(6-2)同時將交流電穩(wěn)流源輸入已知相位誤差的電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器后輸出；(6-3)將電流/電壓變換器的輸出與電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出進行比較獲得相位誤差，則用電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器的相位，也即電流/電壓變換的相位準(zhǔn)確度溯源到了電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。本發(fā)明采用雙通道交流電壓比較儀對電流/電壓變換器的輸出與電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出進行比較獲得相位誤差。本實施例用O. 2A/4V變換器、電流型標(biāo)準(zhǔn)器和比較儀進行相位校正的具體步驟如下如圖4所示，將廣州市格寧電氣有限公司生產(chǎn)的YCSR-5-20歐組合式電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器(同類產(chǎn)品有美國FLUKE公司的A40B等)同200AT雙級電流互感器和80mA/4V變換器的組合體反向串接，其電流流向為穩(wěn)定電流源的高端一雙級電流互感器高端一雙級電流互感器低端一20歐電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的低端一20歐電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的高端一回到穩(wěn)定電流源低端。比較儀的A通道的參考端接20歐電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器4V輸出的低端，比較儀A通道的輸入端接20歐電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器4V輸出的高端。比較儀的B通道的參考端接80mA/4V變換器4V輸出的低端，B通道的輸入端接80mA/4V變換器4V輸出的高端。電流源輸出穩(wěn)定后用電腦進行自動讀數(shù)，讀比較儀的相位值，每2秒鐘讀一個數(shù)，共記錄200秒，每20個讀數(shù)做一次平均值計算，得出5個平均值讀數(shù)，根據(jù)這5個平均值讀數(shù)計算出最終平均值Φ和標(biāo)準(zhǔn)偏差，因為誤差數(shù)值的離散性，精密測量中通常采用A類評定，即用“標(biāo)準(zhǔn)偏差”作為標(biāo)準(zhǔn)不確定度的可靠估計值，其依據(jù)來自JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》，則電流/電壓變換器的相位測量誤差E411為ΕΦ1=Φ-180電流變換相位綜合誤差為
Εφ=Εφ1+Εφ2+Εφ3式中Εφ——I/U變換的相位綜合誤差；ΕΦ1——I/U變換器的相位測量誤差；Εφ2—雙通道交直流電壓比較儀的相位誤差；Εφ3—20歐電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的相位誤差。 本發(fā)明的實施方式不限于此，按照本發(fā)明的上述內(nèi)容，利用本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于精密交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于包括(1)將交流電穩(wěn)壓源輸入已知比例誤差Eu的交流電壓比例基準(zhǔn)進行電壓/電壓比例變換，得到標(biāo)準(zhǔn)電壓；(2)將該交流電穩(wěn)壓源接入已知阻值誤差Eru的電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器，得到標(biāo)準(zhǔn)電流；(3)將所得的標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電壓變換器，按照標(biāo)準(zhǔn)電壓的大小，進行相應(yīng)電流/ 電壓的比例變換，得到變換后的電壓；(4)將變換后的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器，也即電流/電壓變換的比例變換準(zhǔn)確度溯源到了交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于所述步驟(3)中， 先將標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電流變換器進行電流比例變換，標(biāo)準(zhǔn)電流變換為滿足后級所述電流/電壓變換器輸入要求的輸入電流；其中，用電流比較儀檢定校準(zhǔn)電流/電流變換器，獲得電流/電流變換器的比例誤差Eii2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于所述步驟(4)中， 用雙通道交流電壓比較儀的兩個通道分別接入所述標(biāo)準(zhǔn)電壓和所述變換后的電壓，獲得兩通道的比較誤差E2，則獲得電流/電壓變換器的變換誤差Eiu=E2+Eu+Eru — Eii2，從而實現(xiàn)對電流/電壓變換器的校準(zhǔn)，也即實現(xiàn)對電流/電壓變換準(zhǔn)確度的溯源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于所述電流/電壓變換的溯源方法還包括(4-1)將交流電穩(wěn)流源輸入其它安匝的電流/電流變換器，經(jīng)相適配的電流/電壓變換器輸出變換電壓，該變換電壓與已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器輸出的校準(zhǔn)電壓相對應(yīng)；(4-2)將其它安匝的電流/電流變換器與已校準(zhǔn)的電流/電流變換器的重疊檔位串接后，經(jīng)已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器輸出校準(zhǔn)電壓；(4-3)將變換電壓與校準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用已校準(zhǔn)的電流/電流變換器和已校準(zhǔn)的電流/電壓變換器校準(zhǔn)了其它安匝的電流/電流變換器及其相適配的電流/電壓變換器，也即進行了擴展電流/電壓變換器的比例變換準(zhǔn)確度的溯源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于所述步驟(4-3) 中，采用雙通道交流電壓比較儀對變換電壓與校準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于所述電流/電壓變換的溯源方法還包括(6-1)另外用交流電穩(wěn)流源輸入電流/電流變換器輸出后，經(jīng)電流/電壓變換器輸出；(6-2)同時將交流電穩(wěn)流源輸入已知相位誤差的電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器后輸出；(6-3)將電流/電壓變換器的輸出與電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出進行比較獲得相位誤差，則用電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器的相位，也即電流/電壓變換的相位準(zhǔn)確度溯源到了電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流/電壓變換的溯源方法，其特征在于采用雙通道交流電壓比較儀對電流/電壓變換器的輸出與電流型標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出進行比較獲得相位誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于精密交流電流測量的電流/電壓變換的溯源方法，包括(1)將交流電穩(wěn)壓源輸入已知比例誤差Eu的交流電壓比例基準(zhǔn)進行電壓/電壓比例變換，得到標(biāo)準(zhǔn)電壓；(2)將該交流電穩(wěn)壓源接入已知阻值誤差Eru的電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器，得到標(biāo)準(zhǔn)電流；(3)將所得的標(biāo)準(zhǔn)電流輸入電流/電壓變換器，按照標(biāo)準(zhǔn)電壓的大小，進行相應(yīng)電流/電壓的比例變換，得到變換后的電壓；(4)將變換后的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較獲得誤差，則用交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)了電流/電壓變換器，也即電流/電壓變換的比例變換準(zhǔn)確度溯源到了交流電壓比例基準(zhǔn)和電壓型標(biāo)準(zhǔn)電阻器。本發(fā)明可提高電流/電壓變換的溯源準(zhǔn)確度。
文檔編號G01R35/02GK103018703SQ201210506270
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者鄒至剛, 曹敏, 葉小雪, 畢志周, 賀艷平, 李波 申請人:廣州市格寧電氣有限公司, 云南電網(wǎng)公司, 云南電力試驗研究院(集團)有限公司