一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源的制作方法

本实用新型涉及检定装置领域，具体地，涉及一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源。

背景技术：

目前国内有大量的互感器校验仪用于互感器检定，是保证互感器量值准确的重要装置。按照《计量法实施细则》要求，这些互感器校验仪必须实施周期检定。目前国内有厂家研制的互感器校验仪检定装置检定工作时存在以下问题：(1)输出没有高准确的测量反馈和调节输出的设计，靠出厂时的调试满足技术指标，在使用时的稳定性无法考核，只能在周期检定和采用其它办法才能考核装置的稳定性。(2)目互感器校验仪检定装置的差压和差流的发生是依靠两路信号叠加输出，其中一路信号相位与标准信号U或I的相位保持一致，叫做同相分量信号，另一路信号将同相分量信号经过移相器移相90位产生正交分量信号。这样的差压和差流信号发生模型，当同相分量或正交分量两个信号中的一个量很小时，同相分量和正交分量两个信号间的夹角的正弦值近似于它们的夹角的角度值，此时传统的互感器校验仪检定装置检定传统的互感器校验仪可以得到理想的检定数据。但是当同相分量和正交分量两个信号都大时，它们间的夹角角度和它们夹角的正弦值就不近似相等，夹角角度越大，差异就越大且差异呈现非线性，检定结果误差较大。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源，解决了现有的因校验仪检定装置没有高准确度的测量反馈和调节输出，差压信号发生原理缺陷导致检定结果误差大的问题，实现了互感器校验仪的高精度检定效果。

为实现上述实用新型目的，本申请提供了一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源，如图1所示。标准源包括：

FPGA、第一标准信号电路、第二标准信号电路；其中，第一标准信号电路包括：调幅电路、第一AD电路、第一调理电路、第二调理电路、第一精密电压互感器、第一精密电流互感器、第一电压转电流模块；其中，FPGA输出连接调幅电路的输入，得到调幅可调节的电压信号；调幅电路的输出分别接入第一精密电压互感器的一次回路和第一电压转电流模块的输入，调幅电路的输出输出标准信号U1；第一精密电压互感器二次回路接入第一调理电路的输入，第一调理电路的输出的信号满足A/D的电压范围要求，第一AD电路的输出接入FPGA 的I/O口；第一电压转电流模块的输出接入第一精密电流互感器一次回路，第一精密电流互感器的二次回路接入第二调理电路，第二调理电路的输出信号满足A/D的电压范围要求，第一电压转电流模块的输出输出标准信号I1；第二标准信号电路包括：调幅调相电路、第二AD 电路、第三调理电路、第四调理电路、第二精密电压互感器、第二精密电流互感器、第二电压转电流模块；其中，FPGA输出连接调幅调相电路的输入，得到调幅可调节的电压信号；调幅调相电路的输出分别接入第二精密电压互感器的一次回路和第二电压转电流模块的输入，调幅调相电路的输出输出标准信号U2；第二精密电压互感器二次回路接入第三调理电路的输入，第三调理电路的输出的信号满足A/D的电压范围要求，第二AD电路的输出接入 FPGA的I/O口；第二电压转电流模块的输出接入第三精密电流互感器一次回路，第三精密电流互感器的二次回路接入第四调理电路，第四调理电路的输出信号满足A/D的电压范围要求，第二电压转电流模块的输出输出标准信号I2。

本申请是利用现有的模块以及这些模块内现有的程序实现本申请的功能，本申请保护的是装置的组成及其连接关系。

FPGA模块的型号为：ALTERA公司的EP2C5；FPGA模块分别产生频率、幅值、相位可调的7路波形，其中三路用于产生幅值可调的第一路标准信号，其余四路用于产生幅值相位可调的第二标准信号。

调幅调相电路包括：调幅电路和调幅调相电路；调幅电路包括：16位DA转换器和模拟加法器，其中，调幅电路中的DA转换器型号为：DAC8531；模拟加法器由运放组成实现模拟信号相加和放大功能；FPGA I/O口输出两路数字信号给两个16位D/A，D/A输出为后级两个D/A提供直流参考，另一方面FPGA I/O口输出一路余弦信号接入两个D/A的输入端，两个D/A输出的模拟量接入模拟加法器，模拟加法器输出第一路标准信号；

调幅调相电路包括24位DA转换器和模拟加法器，其中调幅调相电路中的DA转换器型号为：DAC1220；FPGA I/O口输出两路数字信号给两个16位D/A，D/A输出为两个后级24 位D/A提供直流参考，另一方面FPGA I/O口输出一路余弦信号和一路正弦信号接入两个D/A 的输入端，两个D/A输出的模拟量接入模拟加法器，模拟加法器输出第二路标准信号。

测量反馈电路包括：精密电压互感器、精密电流互感器和调理电路；精密电压互感器选取0.005级的互感器，完成对电压信号的转换和隔离；精密电流互感器选为0.005级的电流互感器，完成对电流信号的转换和隔离；调理电路由功放组成，目的是将电压、电流信号调理成满足A/D采样要求的电平信号范围。

本装置通过FPGA、调幅电路及电压转电流模块生成第一标准信号(U1和I1)。在第一路标准信号的基础上，根据设定的比差和角差输出的设定值，通过计算得到第二标准信号(U2 和I2)和第一标准信号(U1和I1)之间的夹角角度，计算出正弦分量和余弦分量的幅值，再通过FPGA、调幅调相位电路及电压转电流模块生成第二标准信号(U2和I2)。在检定互感器校验仪时，第一标准信号接入互感器校验仪标准回路，第一标准信号和第二路标准信号通过外部电气连接形成差值接入互感器校验仪差值回路，随后完成互感器校验仪检定。U1、I1、 U2和I2的幅值和相位由独立的数字合成波形产生，准确度高，整体准确度达到0.05级，解决了角差较大时的非线性误差和调节频率影响输出准确度问题。

同时本装置采用了测量反馈技术，对输出的信号实时采样，FPGA利用傅立叶技术计算实际输出的比差值和角差值，反馈数据给微处理器，调节输出，百分表测量结果用来进行对工作源幅值的调整，调节分辨率优于10^-7。比差和角差的结果用来对第二标准信号进行幅值和相位的调整，幅值调节分辨率优于10^-7，相位调节分辨率优于0.0001分。第一标准信号的输出的幅值准确度优于0.02％，第二标准信号的输出的幅值准确度优于0.02％和相位准确度优于0.05分。保证整体输出的0.1％的准确度。

本实用新型提出了的装置实现了一种高准确度的信号发生功能。通过FPGA、调幅电路及电压转电流模块生成第一标准信号(U1和I1)。在第一路标准信号的基础上，根据设定的比差和角差输出的设定值，通过计算得到第二标准信号(U2和I2)和第一标准信号(U1和 I1)之间的夹角角度，计算出正弦分量和余弦分量的幅值，再通过FPGA、调幅调相位电路及电压转电流模块生成第二标准信号(U2和I2)。在检定互感器校验仪时，第一标准信号接入互感器校验仪标准回路，第一标准信号和第二路标准信号通过外部电气连接形成差值接入互感器校验仪差值回路，随后完成互感器校验仪检定。U1、I1、U2和I2的幅值和相位由独立的数字合成波形产生，准确度高，整体准确度达到0.05级，解决了角差较大时的非线性误差和调节频率影响输出准确度问题。第二标准信号的原理如下：

假设信号数学表达式为：

U2＝Um2cos(ωt+θ) (1)

三角函数展开后得到：

U2＝Um2cosωt cosθ-Um2sinωt sinθ (2)

令A＝cosθB＝-sinθ，带入式(2)得到：

U2＝AUm2cosωt+BUm2sinωt (3)

初始相位为：

θ＝π-arctg(B/A) (4)

A和B满足如下关系

A²+B²＝1 (5)

因此，通过准确调节A和B值来得到高精度相位可调的信号U2。

调幅电路如图2所示。调幅电路有16位DA转换器和模拟加法器，其中DA转换器型号为：DAC8531。模拟加法器由运放组成实现模拟信号相加功能。调幅调相电路如图3所示，包括24位DA转换器和模拟加法器，其中DA转换器型号为：DAC1220。模拟加法器由运放组成实现模拟信号相加功能。

本实用新型提出了的装置实现了高精度测量反馈，对输出的信号实时采样，精密电压互感器选取0.005级的互感器，完成对电压信号的转换和隔离。精密电流互感器选为0.005级的电流互感器，完成对电流信号的转换和隔离。调理电路由功放组成目的是将电压、电流信号调理成满足A/D采样要求的电平信号范围。信号采样到FPGA后，利用傅立叶技术计算实际输出的比差值和角差值，反馈数据给微处理器，调节输出，百分表测量结果用来进行对第一标准信号幅值的调整，调节分辨率优于10^-7。比差和角差的结果用来对第二标准信号进行幅值和相位的调整，幅值调节分辨率优于10^-7，相位调节分辨率优于0.0001分。第一标准信号的输出的幅值准确度优于0.02％，第二标准信号的输出的幅值准确度优于0.02％和相位准确度优于0.05分，保证整体输出的0.05％的准确度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.采用新的差压和差流的发生模型和FPGA技术，设计双路幅值和相位精密可调的数字程控信号源，解决了目前装置通过90°移相器产生正交分量信号，角差较大时产生附加误差和非线性的问题。

2.采用高分辨率相位调节技术和自动测量反馈补偿技术，解决了装置输出的稳定性、准确性、对象适应性问题，幅值调节分辨率优于10-7，相位调节分辨率优于0.0001分，工作源的输出的幅值准确度优于0.02％，差值源的输出的幅值准确度优于0.02％和相位准确度优于 0.05分，保证整体输出的0.05％的准确度，达到国内最高水平。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1高准确度的互感器校验仪检定装置标准源的组成示意图；

图2调幅电路的组成示意图；

图3调幅调相电路的组成示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源，解决了现有的因校验仪检定装置没有高准确度的测量反馈和调节输出，差压信号发生原理缺陷导致检定结果误差大的问题，实现了互感器校验仪的高精度检定效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1，本申请提供了一种高准确度的互感器校验仪检定装置标准源，所述标准源包括：

FPGA、第一标准信号电路、第二标准信号电路；其中，第一标准信号电路包括：调幅电路、第一AD电路、第一调理电路、第二调理电路、第一精密电压互感器、第一精密电流互感器、第一电压转电流模块；其中，FPGA输出连接调幅电路的输入，得到调幅可调节的电压信号；调幅电路的输出分别接入第一精密电压互感器的一次回路和第一电压转电流模块的输入，调幅电路的输出输出标准信号U1；第一精密电压互感器二次回路接入第一调理电路的输入，第一调理电路的输出的信号满足A/D的电压范围要求，第一AD电路的输出接入FPGA 的I/O口；第一电压转电流模块的输出接入第一精密电流互感器一次回路，第一精密电流互感器的二次回路接入第二调理电路，第二调理电路的输出信号满足A/D的电压范围要求，第一电压转电流模块的输出输出标准信号I1；第二标准信号电路包括：调幅调相电路、第二AD 电路、第三调理电路、第四调理电路、第二精密电压互感器、第二精密电流互感器、第二电压转电流模块；其中，FPGA输出连接调幅调相电路的输入，得到调幅可调节的电压信号；调幅调相电路的输出分别接入第二精密电压互感器的一次回路和第二电压转电流模块的输入，调幅调相电路的输出输出标准信号U2；第二精密电压互感器二次回路接入第三调理电路的输入，第三调理电路的输出的信号满足A/D的电压范围要求，第二AD电路的输出接入 FPGA的I/O口；第二电压转电流模块的输出接入第三精密电流互感器一次回路，第三精密电流互感器的二次回路接入第四调理电路，第四调理电路的输出信号满足A/D的电压范围要求，第二电压转电流模块的输出输出标准信号I2。

其中，在本申请实施例中，FPGA模块的型号为：ALTERA公司的EP2C5；FPGA模块分别产生频率、幅值、相位可调的7路波形，其中三路用于产生幅值可调的第一路标准信号，其余四路用于产生幅值相位可调的第二标准信号。

其中，在本申请实施例中，调幅调相电路包括：调幅电路和调幅调相电路；调幅电路包括：16位DA转换器和模拟加法器，其中，调幅电路中的DA转换器型号为：DAC8531；模拟加法器由运放组成实现模拟信号相加和放大功能；FPGA I/O口输出两路数字信号给两个16 位D/A，D/A输出为后级两个D/A提供直流参考，另一方面FPGA I/O口输出一路余弦信号接入两个D/A的输入端，两个D/A输出的模拟量接入模拟加法器，模拟加法器输出第一路标准信号；

调幅调相电路包括24位DA转换器和模拟加法器，其中调幅调相电路中的DA转换器型号为：DAC1220；FPGA I/O口输出两路数字信号给两个16位D/A，D/A输出为两个后级24 位D/A提供直流参考，另一方面FPGAI/O口输出一路余弦信号和一路正弦信号接入两个D/A 的输入端，两个D/A输出的模拟量接入模拟加法器，模拟加法器输出第二路标准信号。

其中，在本申请实施例中，第一和第二精密电压互感器选取0.005级的互感器，完成对电压信号的转换和隔离；第一和第二精密电流互感器选为0.005级的电流互感器，完成对电流信号的转换和隔离；第一至第四调理电路由功放组成，将电压、电流信号调理成满足A/D 采样要求的电平信号范围。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。