专利名称：一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量电学参量(电流、电压及阻抗)时对电路阻抗及电压进行有源补偿的范畴，尤其适用于在工频下的高精度电学参量测量的阻抗及电压有源补偿技术领域。
背景技术：
电学参量一般包括电流、电压、功率、相位、电能等，在针对这些电学参量测量中，通常有直接测量和间接测量两种方法:直接测量法是“不必测量与被测量有函数关系的其他量，而能直接得到被测量值的一种测量方法”，也即是测量结果可以通过结果直接获得的测量方法，例如运用电流表串接进入被测电流回路，便可直接测量得到回路的电流。间接测量法是指“通过测量与被测量有函数关系的其他量，从而得到被测量值的一种测量方法”，也就是说，被测量的量值是通过其他量的测量，按一定函数关系计算出来的，例如同一回路电流、电压和电阻遵循欧姆定律U=I*R，通过测量电流I和电阻R，便可计算得到电压U。在对电学参量进行测量的过程中，测试结果都会受到各种因素(如温湿度条件、电磁场影响、测试方法、测试仪器等)的影响，从而产生一定的测量误差，测量误差包括了系统误差和随机误差两类，系统误差可以通过改进测试手段及方法来减小(例如测量电阻时，可通过四端接法来减小导线引入的误差)，随机误差可通过多次测量求取平均(采用统计的方法)来减小。例如在图1所示的电流测量回路中，通过间接测量的方法来测量回路中的电流，即通过测量得到了标准工频电压源Us的值和标准电阻Rs的值，则可通过欧姆定律I=U/R来确定回路电流I的值。但是如果要对回路电流I做精确的测量，就必须充分考虑测试过程中的所有的影响量，尽量消除测试过程中的测量误差(系统误差和随机误差)，减小测量误差通常有主要两 种方法:(I)减小测试回路中导线及其他相关器件的阻抗影响。由于任何导线及其他相关器件的均存在一定的阻抗，不可能无限减小，而且有时回路中的某些器件由于其它特殊用途，在阻抗方面不能做进一步优化。所以此种方法在减小测量误差的效果上受一定限制。(2)通过仪器测量出回路中导线及其他相关器件的等效电阻R1、等效电感L1及等效电容C1，在计算的过程中减去该部分的影响。由于回路中导线及其他相关器件的等效电阻R1、电感L1及电容C1本身量值很小，要做到对其的准确测量，需要运用准确度及等级要求很高的专用测量仪器。针对以上类似的问题，本实用新型提出了一种通过对电路阻抗及电压进行有源补偿的方法，在测量回路中加入本有源补偿器，有效的减小测量过程中的测量误差，实现对相关电学参量的精确测量。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对电流、电压、阻抗等电学参量的紧密测量中，运用本实用新型的有源补偿器方法对测量回路及回路的其他元器件的阻抗或电压进行补偿，有效的减小或消除测量回路及回路中的其他电气元件对测量结果的影响，大大减小测量误差，实现对被测电学参量的精确测量。本实用新型是通过下列技术方案来实现的。一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器，本实用新型电压/电阻有源补偿器包括一个运算放大器0P27及保持其处于线性工作状态的两个匹配电阻和线性直流电源；电压/电阻有源补偿器有两个电压输入端和两个电流输出端；运算放大器0P27的反相输入端与被补偿电路的电流输入高端相连；运算放大器0P27的同相输入端与被补偿电路的电流输入低端相连，并接入大地；运算放大器0P27的负向工作电源接入运算放大器-15V线性直流电源，运算放大器0P27的正向工作电源接入运算放大器+15V线性直流电源；运算放大器0P27分别与匹配电阻的一端连接；运算放大器0P27的输出同时接入确保运算放大器正常工作的匹配电阻；匹配电阻的另一端接地；匹配电阻的另一端作为电压/阻抗有源补偿器的电流输出信号的低端，接入测量用双级电流互感器的低端。本实用新型具有的有益效果为，对于电流、电压、阻抗等电学参量的紧密测量中，采用在测量回路中加入电压/阻抗有源补偿器的方法，减小或消除测量回路及回路中的其他电气元件对测量结果的影响，确保被测电参量的准确可靠。电压/阻抗有源补偿器主体由运算放大器组成，主要利用运算放大器工作在线性区域输入阻抗高、输出阻抗小，从而可等同于虚短路、虚开路的典型特征，对被测器件以外的其他非被测元件和回路阻抗进行有效的补偿。
以下结合附图及实例进一步阐述本实用新型内容。
图1为一般电流测量回路结构示意图。
图2为本实用新型电压/阻抗有源补偿器的原理及其应用示意图。图中标号说明:1、运算放大器0P27 ;2、运算放大器-15V线性直流电源；3、运算放大器+15V线性直流电源；4、运算放大器反相输入端；5、运算放大器同相输入端；6、电压/阻抗有源补偿器的电压输入高端；7、电压/阻抗有源补偿器的电压输入低端；8、运算放大器信号接地点；9、运算放大器输出信号接地点；10、确保运算放大器正常工作的匹配电阻(使用718厂RII标准电阻)；11、确保运算放大器正常工作的匹配电阻(使用718厂RII标准电阻)；12、电压/阻抗有源补偿器的电流输出低端；13、电压/阻抗有源补偿器的电流输出高端；14、10ΚΩ标准电阻器，采用VHP202ZT系列；15、高稳定标准电压源；16、测量用双级电流互感器。
具体实施方式
见图2所示。一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器，本实用新型电压/电阻有源补偿器包括一个运算放大器0Ρ271及保持其处于线性工作状态的两个匹配电阻10、11和线性直流电源2、3 ;电压/电阻有源补偿器有两个电压输入端6、7和两个电流输出端12、13 ;运算放大器0Ρ271的反相输入端4与被补偿电路的电流输入高端相连；运算放大器0Ρ271的同相输入端5与被补偿电路的电流输入低端7相连，并接入大地；运算放大器0P271的负向工作电源接入运算放大器-15V线性直流电源2，运算放大器0P271的正向工作电源接入运算放大器+15V线性直流电源3 ;运算放大器0P271分别与匹配电阻IOUl的一端连接；运算放大器OP271的输出同时接入确保运算放大器正常工作的匹配电阻10、11 ;匹配电阻10的另一端接地；匹配电阻11的另一端作为电压/阻抗有源补偿器的电流输出信号的低端，接入测量用双级电流互感器16的低端。电压/电阻有源补偿器的运算放大器(I)工作于线性状态。本实用新型属于一种测量电学参量(电流、电压及阻抗)时对电路阻抗及电压进行有源补偿，从而实现对被测量进行精密测量的测量方法。具有以下特点。I)在测量回路中，采用有源补偿的方法，对非被测量以外的其他器件或回路带来的阻抗和电压影响进行补偿，减小测量误差。2)利用运算放大器工作在线性区域内的输入端正反相端对电压虚短路(即正反相端电位相同)的特性，将回路的标准电压直接无损失的施加在被测标准元件(电阻)上，从而产生标准电流。3)利用运算放大器工作在线性区域内的输入端正反相端对电流虚开路(即正反相端之间无电流)的特性，将回路的标准电流直接无损的加在测量的双级电流互感器上进行校准或测量。见图2，该图示出了电压/阻抗有源补偿器的原理及其应用示意。图中虚线框内为本实用新型的电压/阻抗有源补偿器，该图示意了如何应用本实用新型，对回路的回路电阻及双级电流互感器的阻抗和压降进行补偿，通过标准电阻和标准电压以得到准确的标准电流。具体来说，运用欧姆定律I=U/R，如果已知了标准电压和标准电阻，则可确定标准电流。图1中高稳定标准电压源15产生的200V标准电压施加于IOK Ω标准电阻器14上，从而可在回路中得到20mA的标准电流，此标准电流用于对测量用双极电流互感器(16)进行校准和测量。
·[0022]若不采用本实用新型的补偿方法，则需要将高稳定标准电压源15、10ΚΩ标准电阻器14和测量用双极电流互感器16串接为同一电流回路，此时由于测量用双极电流互感器16存在一定阻抗，形成一定压降，则实际施加在10ΚΩ标准电阻器14上的电压要小于200V标准电压，从而导致了实际回路电流值(通过测量用双极电流互感器的电流)要小于标准电流值(20mA)，从而导致了测量误差。采用本实用新型方法时，由于运算放大器0P27工作在线性区，运算放大器反相输入端4和运算放大器同相输入端5的电位相等，则高稳定标准电压源15无损失的施加在了IOKΩ标准电阻器14，从而回路中可得到20mA的标准电流。同样由于运算放大器0P27工作在线性区，运算放大器反相输入端4和运算放大器同相输入端5之间对电流相当于开路，则20mA的标准回路电流无损失的全部通过测量用双级电流互感器16。进而确保通过测量用双级电流互感器6的实际电流为20mA的标准电流，保证了对测量用双级电流互感器6进行校准和测量的准确性。另外，以上实施方式是在已知了标准电压和电阻需确定标准电流的测试校准中说明。由欧姆定律可知，对于已知了标准电压和电流需确定标准电阻，和已知了标准电流和电阻需确定标准电压的情况下，本实用新型专利的补偿方法同样适用。
权利要求1.一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器，其特征在于，电压/电阻有源补偿器包括一个运算放大器0P27 (1)及保持其处于线性工作状态的两个匹配电阻(IOUl)和线性直流电源(2、3 );电压/电阻有源补偿器有两个电压输入端(6、7 )和两个电流输出端(12、13);运算放大器OP27 (1)的反相输入端(4)与被补偿电路的电流输入高端相连；运算放大器OP27 (1)的同相输入端(5)与被补偿电路的电流输入低端(7)相连，并接入大地；运算放大器OP27 1)的负向工作电源接入运算放大器-15V线性直流电源(2)，运算放大器OP27 (1)的正向工作电源接入运算放大器+15V线性直流电源(3);运算放大器OP27 (1)分别与匹配电阻(10、11)的一端连接；匹配电阻(10)的另一端接地；匹配电阻(11)的另一端作为电压/阻抗有源补偿器的电流输出信号的低端，接入测量用双级电流互感器(16) 的低端。
专利摘要一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器，本实用新型电压/电阻有源补偿器包括一个运算放大器OP27(1)及保持其处于线性工作状态的两个匹配电阻(10、11)和线性直流电源(2、3)；电压/电阻有源补偿器有两个电压输入端(6、7)和两个电流输出端(12、13)。本实用新型的目的在于针对电流、电压、阻抗等电学参量的紧密测量中，运用本实用新型的有源补偿器方法对测量回路及回路的其他元器件的阻抗或电压进行补偿，有效的减小或消除测量回路及回路中的其他电气元件对测量结果的影响，大大减小测量误差，实现对被测电学参量的精确测量。
文档编号G01R15/00GK203101469SQ20132008255
公开日2013年7月31日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者曹敏, 李波, 毕志周, 李毅, 周至刚, 霍艳平, 叶小雪, 肖元强 申请人:云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司