专利名称：一种感应式电流电压变换器及实现高频电流测量的方法
技术领域：
本发明属于电流测量领域，具体涉及ー种感应式电流电压变换器及实现高频电流测量的方法。
背景技术：
如何准确、方便地测量电流，一直是测量技术领域中努力追 求、不断探索的课题。在电路中接入分流器，測量分流器两端的电压，再根据欧姆定律，用测得的电压除以分流器的电阻值。这种測量方法使用设备少、方便、快捷，收到了普遍的欢迎，成为测量电流的主要方法。20世纪90年代开始，各国家实验室普遍采用商业分流器与热电变换器组合扩展电流量程。用的最多的是美国Fluke公司的Fluke A40、A40A，以及美国Holt公司的分流器 Model HCS I。使用这些商业产品可将国家基准的电流交直流转换最大扩展到20A。2000年以后有些国家开始摆脱商业产品的限制，研制自己的同轴结构分流器，为了尽可能降低电阻上的功耗，在IA以上自行研制的同轴分流器普遍采取鼠笼结构，典型的是瑞典国家计量院设计的分流器。我国在2006年完成的谐波功率国家基准研究中电流部分采取的就是该分流器。1988年，美国国家计量院为了满足美国空军校准实验室的要求，设计出了最大输出可达到100A IOOkHz的交直流跨导放大器，以及20A到100A的大电流同轴分流器，并将技术转换为美国Clarke Hess公司和Precision Measurement公司的相关产品。因此中国计量科学研究院提出了对国家实验室交流电流的基准量程扩展到高频的100A要求。ー些国家选取NIST设计的分流器Build-up至100A，由于电阻上消耗的功率太大等原因很难得到稳定的可作为国家基准使用的結果。另外从美国研究委员会公布的使用美国国家计量院扩展至100A的测量结果中可以看出在100A、IOOkHz时NIST分流器的交直流差已经接近I% .从2000年至今，国际上国家基准交直流转换的研究主要集中于如何将交流国家基准扩展至100A、IOOkHz。到目前为止，除NIST外，只有奥地利计量院研制成功了另外ー种IOOA、IOOkHz的分流器。最近几年，美国Fluke公司精密测试仪器部推出了全新A40B系列精密分流器。电流范围从O. ImA到100A，带宽从DC到IOOkHz。A40B采用同轴型分流器设计使得分流器受外部磁场影响小，可实现最优的性能。但是这种分流器在对电流源输出电流进行测量时，分流器的负载会对电流源产生负载效应，导致測量结果产生偏差；另外，这种分流器也是利用电阻元器件构成的，在他允许的最大电流工作状态下长时间工作，分流器上的电阻元器件上消耗的电功率转换成加热能量，使分流器发热，使电阻阻值发生变化，从而影响测量电流的准确度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种感应式电流电压变换器及实现高频电流测量的方法，通过电流电压变换器对电流进行准确测量，并且将频率范围扩展到100kHz，降低采用分流器对电流源測量校准过程中的负载影响。本发明是通过以下技术方案实现的所述感应式电流电压变换器包括同轴穿心感应式电流变比器和标准分流器；所述同轴穿心感应式电流变比器的电流输入和输出均为同轴结构，其包括外壳10和安装在所述外壳10内的中心棒2、圆环形铁芯7和绕在所述铁芯7上的线圈8 ；所述外壳10为圆筒结构，在其两端分别安装有左端盖I和右端盖9 ;所述左端盖I和右端盖9分别将所述外壳10的两端封闭； 所述中心棒2与所述外壳10同轴线设置，所述铁芯7套在所述中心棒2上，与所述中心棒2同轴线设置，并固定在所述中心棒2上；在所述外壳10的外表面上设有平台，在该平台上固定有N型头；所述标准分流器通过所述N型头与所述同轴穿心感应式电流变比器连接。在所述左端盖I的中心位置固定有Lc型头；所述中心棒2的一端穿过并固定在所述Lc型头的中心处，作为Lc型头的芯，即作为所述同轴穿心感应式电流变比器的电流输入端，另一端固定在所述右端盖9上。所述N型头与所述外壳10之间设有绝缘垫片6，使N型头和外壳10绝缘。所述N型头的芯4作为所述同轴穿心感应式电流变比器二次端的电流输出端；在所述平台上开有通孔，所述线圈8的一端穿入所述通孔中与N型头的芯4连接，另一端与N型头的皮5连接。所述感应式电流电压变换器的电流输入端和电流输出端分别是所述同轴穿心感应式电流变比器的一次端的电流输入端和电流输出端，即中心棒2和Lc型头的皮3 ;所述同轴穿心感应式电流变比器的二次端的电流输入端和电流输出端分别是所述N型头的芯4和N型头的皮5。所述N型头上带有和标准分流器直接配合的螺纹，所述标准分流器通过该螺纹连接到所述N型头上。所述标准分流器为四端电阻，其两个电流端分别接到N型头的芯4和N型头的皮5上；其两个电压端分别构成所述感应式电流电压变换器的两个电压端。ー种利用本发明感应式电流电压变换器实现高频电流测量的方法，所述方法包括以下步骤第一歩，首先将所述感应式电流电压变换器和标准电阻串联连接后连接到待测交流电流源的两端构成回路，然后用交流电压表分别读取所述感应式电流电压变换器的输出电压值U1和标准电阻上的电压值U2，根据公式(I)计算出所述感应式电流电压变换器的等效阻值R
D Uぐ Rs1\ =-；--,')(I)式中RS为标准电阻的阻值；
第二步，首先将所述感应式电流电压变换器的两个电流端分别连接到待测交流电流源的两端构成回路，然后用交流电压表读取所述感应式电流电压变换器的输出电压值U，根据公式(2)计算出待测交流电流源的实际输出电流值I，实现了高频电流測量
权利要求
1.一种感应式电流电压变换器，其特征在于所述感应式电流电压变换器包括同轴穿心感应式电流变比器和标准分流器； 所述同轴穿心感应式电流变比器包括外壳(10)和安装在所述外壳(10)内的中心棒(2)、圆环形铁芯(7)和绕在所述铁芯(7)上的线圈⑶； 所述外壳(10)为圆筒结构，在其两端分别安装有左端盖(I)和右端盖(9);所述左端盖(I)和右端盖(9)分别将所述外壳(10)的两端封闭； 所述中心棒(2)与所述外壳(10)同轴线设置，所述铁芯(7)套在所述中心棒(2)上，与所述中心棒(2)同轴线设置，并固定在所述中心棒(2)上； 在所述外壳(10)的外表面上设有平台，在该平台上固定有N型头；所述标准分流器通过所述N型头与所述同轴穿心感应式电流变比器连接。
2.根据权利要求I所述的感应式电流电压变换器，其特征在于在所述左端盖(I)的中心位置固定有Lc型头,所述中心棒(2)的一端穿过并固定在所述Lc型头的中心处,作为Lc型头的芯，另一端固定在所述右端盖(9)上。
3.根据权利要求2所述的感应式电流电压变换器，其特征在于所述N型头与所述外壳(10)之间设有绝缘垫片(6)。
4.根据权利要求3所述的感应式电流电压变换器，其特征在于在所述平台上开有通孔，所述线圈(8)的一端穿入所述通孔中与N型头的芯(4)连接，另一端与N型头的皮(5)连接。
5.根据权利要求4所述的感应式电流电压变换器，其特征在于所述感应式电流电压变换器的电流输入端和电流输出端分别是所述同轴穿心感应式电流变比器的一次端的电流输入端和电流输出端，即中心棒⑵和Lc型头的皮(3); 所述同轴穿心感应式电流变比器的二次端的电流输入端和电流输出端分别是所述N型头的芯⑷和N型头的皮(5)。
6.根据权利要求5所述的感应式电流电压变换器，其特征在于所述N型头上带有和标准分流器直接配合的螺纹，所述标准分流器通过该螺纹连接到所述N型头上。
7.根据权利要求6所述的感应式电流电压变换器，其特征在于所述标准分流器为四端电阻，其两个电流端分别接到N型头的芯(4)和N型头的皮(5)上；其两个电压端分别构成所述感应式电流电压变换器的两个电压端。
8.一种利用权利要求7所述的感应式电流电压变换器实现高频电流测量的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 第一步，首先将所述感应式电流电压变换器和标准电阻串联连接后连接到待测交流电流源的两端构成回路，然后用交流电压表分别读取所述感应式电流电压变换器的输出电压值仏和标准电阻上的电压值队，根据公式(I)计算出所述感应式电流电压变换器的等效阻值R:
全文摘要
本发明提供了一种感应式电流电压变换器及实现高频电流测量的方法，属于电流测量领域。所述感应式电流电压变换器包括同轴穿心感应式电流变比器和标准分流器；所述同轴穿心感应式电流变比器包括外壳(10)和安装在所述外壳(10)内的中心棒(2)、圆环形铁芯(7)和绕在所述铁芯(7)上的线圈(8)；所述外壳(10)为圆筒结构，在其两端分别安装有左端盖(1)和右端盖(9)；所述中心棒(2)与所述外壳(10)同轴线设置，所述铁芯(7)套在所述中心棒(2)上，与所述中心棒(2)同轴线设置，并固定在所述中心棒(2)上；所述标准分流器通过N型头与所述同轴穿心感应式电流变比器连接。
文档编号G01R19/00GK102739066SQ201210210040
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者刘文芳, 张德实, 张江涛, 潘仙林, 王彪, 谷扬, 赵军, 黄洪涛 申请人:中国计量科学研究院