专利名称:多通道开口式直流大电流比较仪的制作方法
本发明属于电工仪表类。
工业直流大电流的测量，基于不同的原理和方法，形成各种各样的测量仪器。由于使用条件恶劣，不少装置，精度的可信度差。于是，对于测量仪器的定期校验问题，特别是在作业地正常生产条件下，准确、快速、方便地对运行中的测量仪器进行现场校验，成为一项值得关注的技术难题。
目前，在直流大电流的测量方法和测量装置方面，还没有文章介绍作为现场校验装置使用的开口比较仪，技术的关键是难以获得精度高、线性度好、防磁性强，便于现场运行装折的性能。六十年代加拿大的N.L.Kusters等人研制出的坡莫合金磁调制式直流电流比较仪，测量头是圆形坡莫合金闭口结构，不能承受强烈的机械、电磁性冲击，不便于现场装折。现有技术中的闭口坡莫合金比较仪，较适合于实验室直流大电流的测量，但用于工业现场时，有的要求作业地停电装折;有的需要通过隔离开关来换接联线，造成带电违章的操作，并且存在仪器一但失衡严重、不能自动跟踪的问题。
1973年苏联“全苏电测仪器研究所”在《测量技术》(杂志中，发表的文章“直流测量钳”，介绍研制成功的φ-737电测钳，只能用来测量直流小电流，量限为1、3、10、100、300mA;1、3、10A，其中100mA、300mA、1A档的精度为2.5级，其余各档(除1mA)为4.0级;1mA档的基本误差为10%，铁芯仍用坡莫合金材料。
本发明针对已有技术中存在的不足，着重为解决便于现场运行装折、带母线电流开机操作，和解决自动跟踪不失平衡的技术问题。同时解决直流大电流测量的精度、线性度、防磁性能不好的问题。
本发明采用常规冷轧硅钢片制成圆形或者方形的测量头。测量头为可剖开的两半，形成类似钳形表的开口结构。在测量头的铁芯上绕有多个通道的激励绕组，每一个通道的激励绕组配有一套电子线路。其电子线路包括带通滤波器、同步发生器，相敏解调器、直流电压放大器和直流功率放大器。被测的带电母线置于开口形的测量头中，通过测取每一通道中标准电阻上的电压信号，即可换算出带电母线上的电流值。
本发明是根据磁调制器灵敏度的计算结果，选用常规冷轧硅钢片代替坡莫合金材料，采用直流互感器铁芯作磁调制器运行的构思，结合对线路的合理地设计来实现其所需达到的目的。以下结合附图对本发明所述的多通道开口式直流大电流比较仪作详细的说明。
图1为本发明所述的比较仪每一道的电气原理图;
图2为图1中所表示的测量头的结构形式;
图1中的恒压器(1)的原方绕组接至220伏、50赫芝的交流电网，付边绕组接至主铁芯(2)的激励绕组(4)和主铁芯(3)的激励绕组(5)上，以提供激磁电流。主铁芯(2)、(3)和激励绕组(4)、(5)置于屏蔽铁芯(8)之中，激励绕组(4)、(5)的同名端反接，公共端(6)接地。主铁芯(2)和主铁芯(3)采用经过退火处理的冷轧硅钢带转绕成圆形或者方型。被测一次直流带电母线(7)从主铁(2)、(3)及屏蔽铁芯(8)中穿过，反馈绕组(9)绕在磁屏蔽铁芯(8)的外面，且每一通道的反馈绕组(9)与激励绕组(4)、(5)相对应，分布在测量头的圆周上，例如图2所示的沿圆周四分之一的部位上。其其它各通道的反馈绕组(9)沿圆周均匀分布，各通道绕组之间无电的联系，自成独立的单元，如图1所示的电气联结。测量头上下两半剖开，如图2所示，形成类似钳形表的开口结构。
图1中，由电阻(10)、(12)、(14)、(15)、(17)、(20)，电容(11)、(18)和运算放大器(13)、(16)、(19)组成100赫芝的二次谐波带通滤波器，导线(21)、(22)、(23)分别将运算放大器(13)、(19)、(16)与直流稳压电源(91)的正极相联，导线(24)、(25)、(26)分别将运算放大器(13)、(19)、(16)与直流稳压电源(92)的负极相连，运算放大器(13)、(16)、(19)的同相输入端(27)、(28)、(29)均接地。
变压器(30)，半导体二极管(31)、(32)、(33)、(34)，电感线圈(35)，电容(37)、(41)，电阻(36)、(38)、(40)和半导体三极管(39)组成100赫芝的二次谐波同步发生器。变压器(30)输出的50赫芝电压信号经半导体二极管组成的单相全波整流后，加在电感线圈(35)和电阻(36)的串联负载上，取出电阻(36)的两端信号经电容(37)隔离直流电平后，加在半导体三极管(39)的基极上，三极管(39)的射极输出信号经电容(41)耦合送给相敏解调器，提供解调同步信号。
变压器(42)，电位器(43)、(48)，半导体二极管(44)、(46)、(49)、(51)，电阻(45)、(47)、(50)、(52)组成相敏解调器，电位器(43)、(48)用以调节输入信号的非对称性。
电阻(62)、(63)、(66)，电位器(65)，电容(64)和运算放大器(67)组成直流电压放大器。电容(64)，电位器(65)组成系统校正网络。
电阻(68)、(69)、(71)、(76)、(79)、(80)、(82)、(83)、(87)，运算放大器(70)，稳压管(72)、(73)，电位器(74)、(75)，半导体三极管(78)、(81)、(84)组成直流功率放大器。输入直流信号经电阻(68)加到运算放大器(70)的输入端，其输出信号经稳压管(72)、(73)电平转移后，经电位器(74)、(75)加到三极管(78)的基极，电位器(74)、(75)用来调节静态工作点。信号经三极管(78)放大后由集电极输出加到三极管(81)的基极上，三极管(81)、(84)组成复合功率管，电阻(87)提供静态工作电流回路，功放级电流由三极管(84)经电阻(83)输出。
磁调制信号由恒压变压器(1)的付边绕组中心抽头(95)输出，经导线(96)送给带通滤波器的输入端电阻(10)，信号经滤波后由运算放大器(13)、(16)的输出端(97)、(98)输出，经电容(53)、(56)，电阻(54)，(55)耦合加到相敏解调器上，解调后的信号从解调变压器中心抽头(99)输出，经由电容(58)、(59)和电阻(57)组成的π型滤去纹波，并经三极管(60)、电阻(61)组成的射极输出器到直流放大器的输出端电阻(62)上，放大后的直流信号经电阻(68)加到功率放大器上，经功率放大后的信号电流流过半导体二极管(86)送回磁调制器的反馈绕组(9)中，保持反馈绕组(9)中的安匝数与被测电流母线(7)中的安匝数相平衡，维持零磁通状态。反馈绕组(9)中的电流跟踪被测母线(7)中的电流，将反馈绕组(9)中的电流值乘以恒定的变比系数、即得被测电流值。反馈绕组(9)与标准电阻(94)串联，反馈电流的大小由标准电阻(9)(94)取电压信号输出。
半导体二极管(86)起到各通道之间电流隔离作用。二极管(85)、(88)、(93)用来作续流保护。二极管(85)的负极接至直流电源(89)的正极，二极管(88)的正极接至直流电源(90)的负极。
本发明所提出的直流大电流比较仪的调试应注意经电容(53)、(56)耦合的二次谐波检测信号与解调变压器(42)耦合的二次谐波解调同步信号之间的相位关系。调节电容(41)、(53)、(56)，使在开环情况下，解调变压器(42)输出端(99)输出的电压极性与被测电流母线(7)的电流方向成单质关系。
长期以来，直流大电流测量装置无定期校验，导致大部分装置失准，甚至出现变流效率超过100%的谬误，致使使用单位电耗增加，直接影响使用单位的经济效益。
本发明所述的装置10-20分钟可校验一台分支装置，总体装置的校验只要将测量头合上即可，其经济效益是显著的。经现埸定期校验，实现较佳的电解工艺过程的科学依据和核算，电解效率仅提高0.5%，每年中国的电化、电冶行业就可节电约1亿度以上。本发明所述的装置是在使用单位不停电状态下进行校验、检测，可节省使用单位停电引起的损失，避免了送检运输、送检周期中的经济损耗。
本发明与已有技术(例如苏联的φ-737直流电测钳)相比，具有量限范围宽，可以5，000A-100，000A，测量精度高，电流比率精度达5×10-5;电压信号准确度达0.03%，线性度好，达0.002%，防磁性能强，开口重复性好，开口重复性误差达0.001%，带负载电流自动跟踪起动而不失衡，便于现埸装拆等特点，其技术指标的比对见下表权利要求
1.一种由测量头、电子线路组成的直流大电流比较仪，其特征在于，用多个通道测量总电流，各通道之间没有电的连系，并且有各自的一套电子线路。所述的测量头为剖开为两半的开口结构，主铁芯(2)、(3)置于屏蔽铁芯(8)之中，主铁芯(2)、(3)的外面分别绕有激励绕组(4)、(5)，激励绕组(4)、(5)的同名端反接，公共端(6)接地，反馈绕组(9)绕在磁屏蔽铁芯(8)的外面，每一通道的反馈绕组(9)与激励绕组(4)、(5)相对应，分布在测量头的周边上，各通道绕组沿测量头的周边均匀分布。
2.按照权利要求
1所说的直流大电流比较仪，其特征在于，所说的测量头的铁芯材料为经过退火处理的冷轧硅钢片。
3.按照权利要求
1所说的直流大电流比较仪，其特征在于，所说的电子线路是由恒压变压器、带通滤波器、解调同步发生器、相敏解调器、直流电压放大器和功率放大器组成。
4.按照权利要求
3所说的直流大电流比较仪，其特征在于，所说的电子线路中，恒压变压器(1)的付边绕组中心抽头(95)输出的磁调制信号，输入到带通滤器，该滤波器仅保留二次谐波输出，并送到相敏解调器;二次谐波同步发生器，利用单相全波整流后，经过RL电流获得二次谐波倍频信号，送到相敏解调器作为参考信号，相敏解调器的输出为直流电平，再经直流电压放大器送到直流功率放大器，得放大后的信号电流，向反馈绕组(9)与标准电阻(94)提供二次电流，使反馈绕组(9)中的安匝数与测量头中的被测母线(7)中的安匝数相平衡，维持零磁通状态。
5.按照权利要求
4所说的直流大电流比较仪，其特征在于进行所述的电子线路的调试时，调整电容(41)、(53)、(56)，使在开环情况下，解调变压器(42)输出端(99)的输出电压极性与被测电流母线(7)的电流方向成单质关系。
专利摘要
一种由测量头、带通滤波器、解调同步发生器、相敏解调器、直流电压放大器和直流功率放大器组成的直流大电流比较仪，有多个通道，每个通道之间没有电的联系，自成独立的单元，每一通道的反馈绕组与激励绕组相对应，并有一套电子线路与其对应。其测量头为剖成两半的开口结构，主铁芯外绕有激励绕组，包在屏蔽铁芯之中，屏蔽铁芯外绕有反馈绕组。各个通道的反馈绕组沿测量头的周边均匀分布。该装置可用在不停电状态下进行直流大电流校验、检测。
文档编号G01R17/00GK85100829SQ85100829
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者任士焱 申请人:华中工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan