等效电容标准器的制作方法

本实用新型涉及电力系统计量技术领域，特别是涉及一种等效电容标准器。

背景技术：

标准电容器是目前计量校准数字电桥(又称lcr阻抗测量仪)常用的器件之一，主要用于检定lcr表在量程范围内的电容测量准确度，为了实现大电容通常采用基于变压器阻抗变换原理的模拟大电容器。

传统的模拟大电容器采用单铁芯自耦变压器作为感应式电流比例器，由于自耦变压器只有一次线圈和二次线圈，其本身不可能是理想的无损变压器，不可能拥有无穷大的输入阻抗和零短路阻抗，其为建立铁芯中的磁通需要提供励磁电流，加上绕组线圈的非线性，其比例系数难以做到较高的准确度水平，难以在较大范围内保持线性关系，因此使得电容值的准确度降低，工作性能差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的模拟大电容器工作性能差的问题，提供一种等效电容标准器。

一种等效电容标准器，包括电流比例器、电压比例器和参考电容，所述电压比例器、所述电流比例器和所述参考电容并联，所述电流比例器包括一次侧线圈、二次侧线圈和补偿电路，所述补偿电路包括补偿线圈和补偿阻抗，所述一次侧线圈和所述二次侧线圈设置在异侧，所述补偿线圈和所述二次侧线圈设置在同侧，所述补偿阻抗的两端分别连接所述补偿线圈的两端。

上述等效电容标准器，电流比例器输出电流，电压比例器输出电压，根据电流和电压大小可计算得到电容大小，电流比例器包括一次侧线圈、二次侧线圈和补偿电路，补偿电路包括补偿线圈和补偿阻抗，一次侧线圈和二次侧线圈设置在异侧，补偿线圈和二次侧线圈设置在同侧，补偿阻抗的两端分别连接补偿线圈的两端，通过补偿线圈接补偿阻抗，给被补偿的电流比例器提供磁动势和电动势，以减小一次侧线圈中的激磁电流，解决了电流比例器的比例系数不佳的问题，提高了等效电容标准器的准确度，从而提高了等效电容标准器的工作性能。

在其中一个实施例中，所述电流比例器还包括二次侧线圈阻抗，所述二次侧线圈阻抗的两端分别连接所述二次侧线圈的两端。

在其中一个实施例中，所述补偿电路的数量为两个以上，各所述补偿电路中的补偿线圈均和所述二次侧线圈设置在同侧。

在其中一个实施例中，所述补偿阻抗包括两个以上的电阻，各所述电阻依次串联后的一端连接所述补偿线圈的一端，各所述电阻依次串联后的另一端连接所述补偿线圈的另一端。

在其中一个实施例中，所述补偿电路还包括多档开关，所述补偿阻抗包括两个以上的电阻，各所述电阻的一端的公共连接端连接所述补偿线圈的一端，所述补偿线圈的另一端连接所述多档开关的静触点，所述多档开关的各动触点分别连接各所述电阻的另一端。

在其中一个实施例中，所述多档开关为单刀多掷开关。

在其中一个实施例中，还包括金属屏蔽体，所述电流比例器和所述电压比例器分别设置在不同的金属屏蔽体内。

在其中一个实施例中，所述金属屏蔽体为圆柱形金属屏蔽体。

附图说明

图1为一个实施例中等效电容标准器的结构图；

图2为另一个实施例中等效电容标准器的结构图；

图3为一个实施例中电流比例器的结构图；

图4为另一个实施例中电流比例器的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种等效电容标准器，该等效电容标准器包括电流比例器t2、电压比例器t1和参考电容c，电压比例器t1、电流比例器t2和参考电容c并联，电流比例器t2包括一次侧线圈n1、二次侧线圈n2和补偿电路100，补偿电路100包括补偿线圈n3和补偿阻抗zp，一次侧线圈n1和二次侧线圈n2设置在异侧，补偿线圈n3和二次侧线圈n2设置在同侧，补偿阻抗zp的两端分别连接补偿线圈n3的两端。电流比例器t2输出电流，电压比例器t1输出电压，根据电流和电压大小可计算得到电容大小，通过补偿线圈n3接补偿阻抗zp补偿，给被补偿的电流比例器t2提供磁动势和电动势，以减小一次侧线圈n1中的激磁电流，解决了电流比例器t2的比例系数不佳的问题，提高了等效电容标准器的准确度，从而提高了等效电容标准器的工作性能。

具体地，电流比例器t2和电压比例器t1可以将参考电容c的电容量扩大，一次侧线圈和二次侧线圈设置在同一铁芯的不同侧，补偿线圈和二次侧线圈设置在同一铁芯的相同侧，电流比例器t2和电压比例器t1的具体结构并不是唯一的，在本实施例中，电流比例器t2的基本结构和电压比例器t1均为单铁芯自耦变压器，电流比例器t2包括单铁芯自耦变压器和补偿电路100，进一步地，可采用横截面积稍大的铁芯做为电流比例器t2和电压比例器t1的铁芯，以减小电压比例器t1和电流比例器t2的测量误差，此外，电流比例器t2和电压比例器t1的铁芯可采用高磁导率的铁芯，例如超微晶合金铁芯，具有较低的饱和磁感应强度和较低的损耗角，可以有效提高精度降低误差。参考电容c的类型并不是唯一的，例如可以为标称值为1μf的标准电容，也可以采用其他大小的电容，其具体数值可根据用户实际需求调整。

补偿电路100是一种磁动势补偿方法，补偿电路100包括补偿线圈n3和补偿阻抗zp，补偿线圈n3和二次侧线圈n2设置在同侧，具体设置在铁芯中的同一根铁柱上，补偿线圈n3与二次侧线圈n2隔离设置，不存在物理连接关系。补偿阻抗zp的两端分别连接补偿线圈n3的两端，工作时，补偿线圈n3会感应出电流，补偿阻抗zp与补偿线圈n3在同一电路回路中，可以消耗补偿线圈n3产生的电流，起到限流的作用，同时也能提高电流比例器t2的工作准确度。

在一个实施例中，请参见图2，电流比例器t2还包括二次侧线圈阻抗z，二次侧线圈阻抗z的两端分别连接二次侧线圈n2的两端。

具体地，工作时，二次侧线圈n2会感应出电流，二次侧线圈阻抗z与二次侧线圈n2在同一电路回路中，可以消耗二次侧线圈n2产生的电流，起到限流的作用，同时也能减小一次侧线圈n1中的激磁电流，提高电流比例器t2的工作准确度。二次侧线圈阻抗z的结构并不是唯一的，例如可以包括单个电阻或多个电阻，当二次侧线圈阻抗z包括多个电阻时，多个电阻可以串联设置，串联后的一端连接二次侧线圈n2的一端，串联后的另一端连接二次侧线圈n2的另一端，或者多个电阻也可以并联设置，并联后的第一公共端连接二次侧线圈n2的一端，并联后的另一端连接二次侧线圈n2的另一端。可以理解，在其他实施例中，二次侧线圈阻抗z的具体结构也可以根据实际需求调整，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

以二次侧线圈阻抗z包括一个电阻为例，请参见图2，此时补偿线圈n3的感应电动势加在补偿阻抗zpzp上，产生电流为：

z02＝z+z2(2)

z0p＝zp+z3(3)

式中：z02为二次侧线圈n2所在回路阻抗，z为二次侧线圈阻抗z，z2为二次侧线圈n2的内阻抗，z0p为补偿线圈n3所在补偿回路阻抗，zp补偿阻抗zp，z3为补偿线圈n3线圈的内阻抗。经过补偿线圈n3，输入磁动势对误差的补偿为：

补偿数值与n3/n2的平方成正比。式(4)中第一项的补偿效果与二次线圈并联阻抗相当，第二项数值是常数，与二次电流和二次负荷均无关。

在一个实施例中，补偿电路100的数量为两个以上，各补偿电路100中的补偿线圈n3均和二次侧线圈n2设置在同侧。通过设置多个补偿电路100可以对电流比例器t2提供不同程度的补偿，满足更多场合的需求。

具体地，补偿电路100的数量并不是唯一的，可根据用户需求进行调整。除此之外，补偿电路100中的补偿线圈n3的尺寸和补偿阻抗zp数值的大小均可以根据实际需求设置，以得到不同的补偿效果，适用范围更广，可以提高使用便捷性。

在一个实施例中，补偿阻抗zp包括两个以上的电阻，各电阻依次串联后的一端连接补偿线圈n3的一端，各电阻依次串联后的另一端连接补偿线圈n3的另一端。补偿阻抗zp包括多个电阻时，可以采用多个电阻达到单电阻不能达到的阻值，例如当需要阻值为3ω的阻抗但没有阻值为3ω的电阻时，可采用将一个阻值为1ω的电阻和一个阻值为2ω的电阻串联后的结构实现3ω阻值对应的负载消耗，采用多电阻串联设计可为需求的特定阻值提供多种可选方案，提高了使用便捷性。

在一个实施例中，请参见图3，补偿电路100还包括多档开关，补偿阻抗zp包括两个以上的电阻，各电阻的一端的公共连接端连接补偿线圈n3的一端，各电阻的另一端分别连接对应一多档开关的动触点，补偿线圈n3的另一端连接多档开关的静触点。通过设置多档开关与补偿线圈n3和各个电阻连接，使用时只需将开关的静触点与对应的动触点连通便可使对应的电阻投入使用，操作便捷。

具体地，多档开关的具体类型并不是唯一的，例如可以是继电器，继电器线圈用于通电，继电器的静触点补偿线圈n3，继电器的不同的动触点连接不同的电阻，可通过输入量的变化改变触点的闭合状态，从而切换静触点与不同的动触点导通，实现自动切换，自动化程度高。通过设置多档开关，可根据不同的电容值要求，接不同的电阻投入使用来实现不同比例系数的分段补偿，通过分级补偿的方法提高各个量程的电容值精度。

在一个实施例中，多档开关为单刀多掷开关。单刀多掷开关的动端连接补偿线圈n3的一端，单刀多掷开关的各个不动端分别连接不同的电阻，单刀多掷开关的导电片与不同的不动端连接时，可使对应的不动端与动端导通，使用时，通过将导电片拨向不同的不动端可使不同的电阻投入使用，操作简单，且单刀多掷开关结构简单，成本低廉，可节约等效电容标准器的使用成本。

在一个实施例中，等效电容标准器还包括金属屏蔽体，电流比例器t2和电压比例器t1分别设置在不同的金属屏蔽体内。将电流比例器t2和电压比例器t1分别设置在不同的金属屏蔽体内可以减少电流比例器t2和电压比例器t1磁通的相互影响，从而提高等效电容标准器的工作性能。

具体地，金属屏蔽体的类型并不是唯一的，例如可采用铜屏蔽体，铜屏蔽体磁导率较高，电流比例器t2和电压比例器t1的电磁场通过铜屏蔽体时产生涡流，使电磁波衰减，同时产生一个反磁场，形成对原干扰电磁场的抵消，从而达到屏蔽的目的。金属屏蔽体的厚度也不是唯一的，为了提高屏蔽的效果应适当增大金属屏蔽体的厚度，具体数值并不限定，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，金属屏蔽体为圆柱形金属屏蔽体。圆柱形金属屏蔽体的尖棱和锐角较少，不易使漏磁通穿过，且可以减少磁力线和电力线的集中及泄漏，从高提高屏蔽效果。此外，金属屏蔽体应采用固定件固定，避免由于振动造成电流比例器t2t1和电压比例器t1t2的线圈电感量的变化，提高等效电容标准器的工作稳定性。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他形状的金属屏蔽体，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，等效电容标准器的电流比例器t2结构包括一次侧线圈n1n1、二次侧线圈n2以及三次补偿线圈n3。根据不同的电容值要求，在补偿端接多路切换开关来实现不同比例系数的分段补偿，通过分级补偿的方法提高各个量程的电容值精度。三次线圈接阻抗补偿是一种磁动势补偿方法。三次线圈接阻抗补偿，就是将阻抗元件zp接在三次线圈上，其线路如图4所示。如图3所示，由于等效电容标准器的等效电容值可以由多个值组成，因此可用分级补偿的办法来提高各个电容值的准确度。同时在补偿端接一个多路开关用来选择调节各个量程的电容值，其中，三次线圈接阻抗也可以为多次线圈接阻抗补偿，或者直接在二次线圈接阻抗补偿。

该等效电容标准器通过增加三次线圈绕组，同时在三次线圈绕组上接阻抗的方式，给被补偿的变压器提供磁动势和电动势，减小一次线圈中的激磁电流，可大幅改善感应电流比例器t2的比例系数误差，从而提高等效电容标准器的准确度，同时通过在补偿端接多路切换开关来实现不同比例系数的分段补偿，给被补偿的变压器提供磁动势和电动势，以减小一次线圈中的激磁电流，解决了电流比例器t2的比例系数不佳的问题，提高了等效电容标准器的准确度。整个等效电容标准器设计可行性强，实施后对电流比例器t2比例系数线性度提升效果明显，对等效电容标准器准确度的提升起到的非常重要的作用。

上述等效电容标准器，电流比例器t2输出电流，电压比例器t1输出电压，根据电流和电压大小可计算得到电容大小，电流比例器t2包括一次侧线圈n1、二次侧线圈n2和补偿电路100，补偿电路100包括补偿线圈n3和补偿阻抗zp，一次侧线圈n1和二次侧线圈n2设置在异侧，补偿线圈n3和二次侧线圈n2设置在同侧，补偿阻抗zp的两端分别连接补偿线圈n3的两端，通过补偿线圈n3接补偿阻抗zp补偿，给被补偿的电流比例器t2提供磁动势和电动势，以减小一次侧线圈n1中的激磁电流，解决了电流比例器t2的比例系数不佳的问题，提高了等效电容标准器的准确度，从而提高了等效电容标准器的工作性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。