一种高准确度电流比较仪及自校验方法
【专利摘要】本发明提供了一种高准确度电流比较仪及自校验方法，属于交流电流精密测量领域。本装置包括铁心和绕制在该铁心上的一次绕组W11、一次补偿接地绕组W12、二次绕组W21、二次补偿绕组W22和检测绕组WD；所述一次绕组有三组输入端，这三组输入端所连接的一次绕组的匝数以十倍递增；所述二次绕组分成M段子绕组，每一段子绕组设置有两个抽头，各段子绕组的匝数均与一次绕组La3-Lb的匝数相同；所述二次绕组的各段子绕组通过抽头串联连接，相邻两段子绕组串接的两个抽头形成一个端，二次绕组的所有端从第一段开始顺序编号，编号从0开始直到M；通过波段开关来改变二次绕组输入端内所连接的二次绕组的段数。
【专利说明】一种高准确度电流比较仪及自校验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于交流电流比率精密测量领域，具体涉及一种高准确度电流比较仪及自校验方法。
【背景技术】
[0002]交流电流比率技术在现代交流电测量中起着非常重要的作用，尤其是对测量准确度有较高的要求时，通常都是用比率技术来实现的。并且交流电流比率技术具有广泛的应用，在节能技术日益被关注的今天，交流电流比率技术的重要性日益提高。
[0003]在各种物理量的单位体系建立起来之后，任何物理量的测量过程，概括起来实际上就是去求出被测的物理量X等于它的单位A的几倍，也就是确定被测量与作为单位的标准量之间的比率值K的过程。而多数的情况下，这个比率值K通常都是直接或间接地由比率量具来提供的。在交流电测技术中，最常见的电流比率器是由阻抗元件构成的分流器，它们通常用来作为各种电桥和仪器的比例臂，以及用来改变仪表的测量范围。但是在设计由这类元件所组成的仪器时，除了要考虑元件本身的准确度和稳定性外，还必须考虑到构成分压器的元件对外壳以及各元件相互之间难免存在的某些寄生电容和绝缘泄漏对高阻抗元件的影响，同时各元件之间连线和转换开关所具有的残余电感和接触电阻都串联在工作电路中，也造成分流比的误差，这在低阻抗元件构成的仪器中往往引起较大的附加误差，这已是众所周知的事实。上述寄生参数的影响往往成为限制交流仪器准确度进一步提高的主要因素。过去那些以阻抗元件为基础所构成的交流比率测量电路，很难得到10_5量级的测量准确度。直到50年代末，发展了原理上与变压器相似的感应式电流比率器，其中最有代表性的是电流比较仪，才使交流比率测量准确度至少提高两个数量级，从而推动了近代交流比率测量技术的发展。
[0004]交流电流比率的主要体现是电流比较仪、电流互感器等比率设备。电流互感器是发电厂、变电所、工厂等供电、输电、用电单位中广泛使用的电流比率设备，用来变换输电线路上的电流，将输电线路上大小不同的电流变换成一定范围内的电流，以便于进行测量；而电流比较仪，可以用来检定或校准高准确度的电流互感器，在电力部门、计量部门等科研单位的交流精密测量中被大量地使用着。这些比率设备准确与否，对于实验结果的准确程度、贸易结算的正确与否是至关重要的。因此，有必要对这些设备进行周期性的检测，以保证这些交流比率设备的准确可靠。交流电流比率项目在1987年就被列入我国强制检定计量器具目录内，在2005年又被列入我国依法管理计量器具目录内，这充分说明了该项目的重要性
[0005]目前国内通常采用的电流比较仪自校准方法依据的是加拿大国家研究院(NRC)的Kusters和Moore等科学家于上世纪50年代发表的相关文章。其过程非常复杂，在校准过程中由于参与校准的辅助设备较多，换线接线频繁，不但在校准过程中操作繁琐、耗时长，而且在校准过程中由于操作不当极易造成误读数，致使校准结果的重复性和稳定性都不甚理想。所以，采用这种校准方法要想取得较好的校准结果，必须通过多次、反复校准，剔除粗大误差，取几次较为接近的读数的平均值进行计算后，方可得到校准结果。由此可见，采用这种校准方法，虽然原理正确，但不易行，更不能推广使用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种高准确度电流比较仪及自校验方法。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种高准确度电流比较仪，包括铁心和绕制在该铁心上的一次绕组Wn、一次补偿接地绕组W12、二次绕组W21、二次补偿绕组W22和检测绕组Wd ；
[0009]所述一次绕组有三组输入端，分别为Lal_Lb、La2-Lb, La3-Lb,这三组输入端所连接的一次绕组的匝数以十倍递增，即La「Lb、La2-Lb, La3-Lb依次十倍递增；
[0010]所述二次绕组分成M段子绕组，每一段子绕组设置有两个抽头，各段子绕组的匝数均与一次绕组La3-Lb的匝数相同；
[0011]所述二次绕组的各段子绕组通过抽头串联连接，相邻两段子绕组串接的两个抽头形成一个端，二次绕组的所有端从第一段开始顺序编号，编号从O开始直到M ;
[0012]通过波段开关来改变二次绕组输入端内所连接的二次绕组的段数，二次绕组的各个子绕组与一次绕组分别进行组合使得所述高准确度电流比较仪形成不同的比率。
[0013]所述二次绕组采用屏蔽定向引流结构；所述屏蔽定向引流结构如下:整个二次绕组使用同轴线缆绕制而成，同轴线缆的芯线作为二次绕组，其皮线作为屏蔽，皮线与芯线在二次绕组的极性端(也就是O号端)短接，其作用是让从芯线泄露出的电流从皮线流过，两个电流是同方向的，一起激磁，泄露的电流也起到了激磁的作用，进而减小了误差，以消除泄漏电流对铁心磁通量的影响，提高了电流比较仪准确度。此种结构可将二次绕组匝间电容对准确度的影响减小至可忽略不计。
[0014]所述M为10 ;所述二次绕组的各个子绕组与一次绕组分别进行组合使得所述高准确度电流比较仪形成1:1?10: UlO:1?100: UlOO: I?1000: I比率。
[0015]所述检测绕组Wd是直接绕在铁心上，在铁心及检测绕组Wd外包裹有坡莫合金材料，在检测绕组Wd外由内往外依次绕制有二次补偿绕组、一次补偿接地绕组、二次绕组和一次绕组W11,即从铁心开始，由内往外依次为检测绕组、二次补偿绕组和一次补偿接地绕组、二次绕组和一次绕组。
[0016]所述二次补偿绕组使用漆包线绕制而成，匝数与二次绕组相同；
[0017]所述一次补偿接地绕组与一次绕组的结构相同。
[0018]一种对所述高准确度电流比较仪进行自校验的方法:所述方法使用一台电流发生器和一台辅助电流比较仪，利用1:1电流比较仪自校准线路进行组合完成所述高准确度电流比较仪的自校验。
[0019]所述方法包括以下步骤:
[0020]步骤I，使用波段开关将二次绕组的各段子绕组分别引出，与一次绕组的La3-Lb分别形成1:1自校准线路，测量得到二次绕组的各段子绕组的误差，然后通过公式(10)计算得到从2: I到10: I的比率误差:
【权利要求】
1.一种高准确度电流比较仪，其特征在于:所述高准确度电流比较仪包括铁心和绕制在该铁心上的一次绕组W11、一次补偿接地绕组W12、二次绕组W21、二次补偿绕组W22和检测绕组Wd; 所述一次绕组有三组输入端，分别为Lal-Lb、La2-Lb, La3-Lb,这三组输入端所连接的一次绕组的匝数以十倍递增，即La「Lb、La2-Lb, La3-Lb依次十倍递增； 所述二次绕组分成M段子绕组，每一段子绕组设置有两个抽头，各段子绕组的匝数均与一次绕组La3-Lb的匝数相同； 所述二次绕组的各段子绕组通过抽头串联连接，相邻两段子绕组串接的两个抽头形成一个端，二次绕组的所有端从第一段开始顺序编号，编号从O开始直到M ; 通过波段开关来改变二次绕组输入端内所连接的二次绕组的段数，二次绕组的各个子绕组与一次绕组分别进行组合使得所述高准确度电流比较仪形成不同的比率。
2.根据权利要求1所述的高准确度电流比较仪，其特征在于:所述二次绕组采用屏蔽定向引流结构；所述屏蔽定向引流结构如下:整个二次绕组使用同轴线缆绕制而成，同轴线缆的芯线作为二次绕组，其皮线作为屏蔽，皮线与芯线在二次绕组的极性端短接。
3.根据权利要求2所述的高准确度电流比较仪，其特征在于:所述M为10;所述二次绕组的各个子绕组与一次绕组分别进行组合使得所述高准确度电流比较仪形成1:1~10: UlO:1 ~100: UlOO: I ~1000: I 比率。
4.根据权利要求3所述的高准确度电流比较仪，其特征在于:所述检测绕组Wd是直接绕在铁心上，在铁心及检测绕组Wd外包裹有坡莫合金材料，在检测绕组Wd外由内往外依次绕制有二次补偿绕组、一次补偿接地绕组、二次绕组和一次绕组W11。
5.根据权利要求4所述的高准确`度电流比较仪，其特征在于:所述二次补偿绕组使用漆包线绕制而成，匝数与二次绕组相同； 所述一次补偿接地绕组与一次绕组的结构相同。
6.一种对权利要求5所述的高准确度电流比较仪进行自校验的方法，其特征在于:所述方法使用一台电流发生器和一台辅助电流比较仪，利用1:1电流比较仪自校准线路进行组合完成所述高准确度电流比较仪的自校验。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤I，使用波段开关将二次绕组的各段子绕组分别引出，与一次绕组的La3-Lb分别形成1:1自校准线路，测量得到二次绕组的各段子绕组的误差，然后通过公式(10)计算得到高准确度电流比较仪从2: I到10: I的比率误差: 式中 η 为高准确度电流比较仪二次绕组开关位置； δ 3_η为高准确度电流比较仪比率为η: I时的误差； λ 3_i为二次绕组第i段的比率误差； 步骤2，通过辅助电流比较仪进行替代测量，求出一次绕组的La2-Lb与二次绕组第一段组成的10: I比率误差，再使用与1:1比率扩展至10: I比率相同的方法，即可得到10: I比率到100: I比率的误差； 步骤3，比率范围大于100: I时，使用比率为100: I的高稳定电流互感器作为辅助电流比较仪，然后重复步骤2。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:所述步骤I中使用波段开关将二次绕组的各段子绕组分别引出，与一次绕组的La3-Lb分别形成1:1自校准线路，测量得到二次绕组的各段子绕组的误差是这样实现的: 将检测线圈与指零仪连接； 将一次绕组与二次绕组的极性端连接，并施加同一检测电流； 由外界向二次补偿绕组中注入补偿电流L以抵消铁心内部的残余磁通； 当指零仪指零时，高准确度电流比较仪处于平衡状态，此时注入的补偿电流与检测电流的比就是高准确度电流比较仪在1:1时的比率误差。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:所述步骤2具体包括: (21)K2置1，将二次绕组的第一段子绕组与一次绕组La2-Lb组成10: I比率，与辅助电流比较仪Tf进行比对检测，测量出其与Tf之差Tf_2 ； (22)K2置10，将整个二次绕组与一次绕组La3-Lb组成10: I的比率，与辅助电流比较仪Tf进行比对检测，测量出其与Tf之差Tf_3。 (23)由于一次绕组La3-Lb与K2置10时组成的10: I比率的误差在步骤I中已求出，通过替代法即可求出K2置I时·组成的10: I比率误差λ 2_i，这就是二次绕组第一段与一次绕组La2-Lb的误差； (24)将利用公式(10)得到的误差λ”~λ3_1(ι带入公式(11)，求出二次绕组各段与第一段之间的误差Qi，再带入公式(12)求得二次绕组其余各段与一次绕组La2-Lb的误差入2-2~入2_1(|。然后通过公式(13)计算得到高准确度电流比较仪一次绕组置La2-Lb,与二次绕组组成的10:1~100:1比率误差δ 2_η ； Qi=X 3_厂 λ η(11) 式中:Θ i——二次绕组第i段与第一段之间的误差 λ —二次边第i段与一次绕组La3-Lb的误差
入 2-1 =入 2-1+ 9 i (12) 式中:Θ i——二次绕组第i段与第一段之间的误差 入—二次边第i段与一次绕组La2-Lb的误差
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述步骤(21)和步骤(22)中所述与辅助电流比较仪Tf进行比对检测，测量出其与Tf之差是这样实现的: 将所述电流比较仪与辅助电流比较仪Tf的一次边极性端短接，并施加同一检测电流，将所述电流比较仪的二次端分别接入补偿电流调节器，然后调节旋钮使指零仪指零，此时读数盘的读数就是两台电 流比较仪之差。
【文档编号】G01R19/10GK103823100SQ201310322420
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】何小兵, 王维, 张欣, 戴冬雪 申请人:中国计量科学研究院