专利名称：一种实现等电流共地测量的方法
技术领域：
本发明属于电学计量领域，具体涉及一种实现等电流共地测量的方法。
背景技术：
计量是为实现单位统一、量值准确可靠而进行的科技、法制和管理的活动。其中的电学计量是采用相应的测量方法对被测电参量进行定量分析的一门科学，是人们掌握电学知识，发展电学理论和电学技术的重要手段。交流电流测量是电学计量的一个重要分支。交流电流的测量是通过它们在热电变换器加热丝中所产生的热效应和已知的直流电流在同一标准热电变换器中的热效应相比较而确定交流电流的量值。但这种标准热电变换器只能在50mA的电流量程下工作，为了实现50mA到IOA各个量程的电流测量，必须 进行比例变换。因此电流和功率测量所能达到的准确度，不但与直流测量和热电变换器的交直流比较的准确度有关，而且直接与比例变换的准确度相关。这种比例变换是由电流互感器来实现的。为了获得5X10_5的交流电流测量准确度，就要求电流互感器的误差小于2X10_5。可见在整个测量系统的各部分误差分配中，电流互感器占有相当大的比重。世界各国的交流电流国家基准普遍建立在交直流转换的基础上，起点是单元或多元热电变换器。热电变换器输入电流的范围在2. 5mA至10mA。通过理论计算热电变换器加热丝电阻的时间常数以确定电流交直流转换误差的频率响应。量程的扩展由同轴交直流分流器通过step-up的方法向上扩展。即从已知交直流差的热电变换器的满度开始，校准下一级并联的分流器和热电变换器在50%左右的交直流差，认为交直流差在50%左右与100 %时没有变化再向更下一级传递。上个世纪90年代开始，各国实验室上普遍采用商业分流器与热电变换器组合扩展电流量程。用的最多的是美国FLUKE公司的A40，A40A，以及美国Holt公司的分流器ModelHCS I。使用这些商业产品可将国家基准的电流交直流转换最大扩展到20A。2000年以后有些国家开始摆脱商业产品的限制，研制自己的同轴结构分流器，为了尽可能能够降低电阻上的功耗，在IA以上自行研制的同轴分流器普遍采取鼠笼结构，典型的是瑞典SP设计的分流器。我国在06年完成的谐波功率国家基准研究中电流部分采取的就是该分流器。电流基准量程的扩展是通过Build-up (或称Step-up)的方法扩展的，但是该方法在向上扩展的过程中，作为标准的分流器与被测分流器是相互串联的，这样就不可避免的存在着两个分流器低电位端不一致的问题。

发明内容
本发明的目的在于解决上述在Build-up电流交直流测量过程中，作为标准的分流器和被测分流器串联比较时，存在两个分流器低电位端不一致的问题，提供一种实现等电流共地测量的方法。本发明是通过以下技术方案实现的
一种实现等电流共地测量的方法，所述方法包括以下步骤(I)将一路电流分成两个并联的支路；(2)将标准分流器连接到第一个支路上，将被测分流器连接到第二个支路上，并使得两个支路的电流相等，同时将标准分流器和被测分流器的低电位端均接地，从而实现被测分流器和标准分流器的共地测量。所述步骤(I)包括以下步骤(11)将两个相互绝缘的导线均匀绞合形成绞合线后再均匀地绕制在圆环形铁芯上；(12)将一个导线的首端和另一导线的尾端相连接作为电流输入端，两个导线的另 一端分别作为电流输出端，形成所述的两个并联的支路。所述步骤(2)是这样实现的设标准分流器和被测分流器的名义值分别为R1和R2 ；如果R1 = R2，则将两个所述电流输出端分别与标准分流器的电流输入端和被测分流器的电流输入端连接；然后将标准分流器的电流输出端和被测分流器的电流输出端同时接地；如果R1 > R2，则将第一个电流输出端与标准分流器的电流输入端连接，将第二个电流输出端与名义阻值为r的电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与被测分流器的电流输入端连接，R1 = R2+r ;然后将标准分流器的电流输出端和被测分流器的电流输出端同时接地；如果R1 < R2，则将第一个电流输出端与名义阻值为r的电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与标准分流器的电流输入端连接，将第二个电流输出端与被测分流器的电流输入端连接，R2 = R+r ;然后将标准分流器的电流输出端和被测分流器的电流输出端同时接地。在所述步骤(2)后进一步包括以下步骤将绕制有绞合线的铁芯通过绝缘螺丝固定在内屏蔽内，再用绝缘螺丝将内屏蔽固定在外屏蔽上；所述内屏蔽和外屏蔽通过绝缘垫片固定；将标准分流器和被测分流器设置在外屏蔽外；将所述内屏蔽与所述电流输入端连接，将所述外屏蔽接地。所述内屏蔽和外屏蔽均采用铜制作而成。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明解决了电流交直流转换测量中，标准分流器和被测分流器相互串联进行比较时，两个分流器低电位不一致所带来的问题。


图I是本发明实现等电流共地测量的方法的测试电路图，其中两个支路的负载平衡。图2是本发明实现等电流共地测量的方法的测试电路图，其中两个支路的负载不平衡。图3是现有技术中直接串联比较分流器参数的线路图。图4是分流器的原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述分流器本身就是四端电阻，一端为电流端，另一端为电压端，分流器原理是将几个高精度电阻并联，起到将电流分流的作用，如图4所示。现有技术中，当标准分流器和被测分流器串联比较时，如图3所示，由于R1的低电位端与R2的低电位端不同，此时R1的低电位端会对地会有一个寄生电容的存在，导致泄漏电流的产生，从而使通过R1和R2的电流不一致，那么就不能准确测量两分流器的性能参数。本发明很好的解决了两个分流器低电位不一致的问题。本发明能够实现将一路电流分成两路大小相等的电流，分出来的两个支路分别和分流器串联，且两支路为并联关系，所以能够实现被测分流器和标准分流器的共地测量。 采用均匀绞合且相互绝缘的绞合线均匀绕制在圆环形铁芯上，将一个导线的首端和另一导线的尾端连接作为电流输入端(绞合线是由两根绝缘的导线构成，可以任意定义一端为绞合线的首端，那么另一端就为末端)。另外两端作为电流的输出端，直接与标准分流器和被测分流器连接。由于两根导线是相互绝缘且均匀绕制在圆环形铁芯上的，所以可以将两根导线看作是相互并联的两个很大的电感，由于方向相反，两个电感在铁芯中产生的磁通可相互抵消，因此当电流流过两个电感时不会产生很大的压降。当两个被比较的分流器连接到两个臂上时，如果电阻阻值相对于电感感抗足够小(即Rl和R2相对于该电感的感抗都足够小)，则输入电流主要由近似相等的两个感抗所决定，其结构示意图如图I和图2所示。图I和图2中均采用金属铜作为外屏蔽(标准分流器和被测分流器在外屏蔽外，金属屏蔽只屏蔽绕有线圈的铁芯)接地，减小外界对线圈铁芯的干扰，内屏蔽同样是采用铜屏蔽，将绕制上绞合线的铁芯放在内屏蔽层内，外屏蔽以及绞合线都是绝缘的，人为的将内屏蔽接电流输入端的电位，来降低线圈对地的电容泄露。这样内屏蔽和外屏蔽之间会存在一个电位差，也就是存在一个寄生电容(通过绝缘螺丝将铁芯固定在内屏蔽上，再用绝缘螺丝将内屏蔽固定在外屏蔽上，内屏蔽和外屏蔽通过绝缘垫片固定，由于内外屏蔽之间电位不同，所以会存在寄生电容)，导致电流泄漏，电流直接从内屏蔽流到外屏蔽上，由于外屏蔽接地，此时泄漏电流直接流到地上，不会对输出的两路相等电流产生影响。当两路电流输出端的电阻平衡时，两路电流输出的电流差值几乎为零；当两路电流输出端的电阻不平衡时，由于容性误差会导致两通道的电流产生差值，因此，需要在比较两分流器时，需要通过串联分流器来将两个电流通道的负载配平，从而达到减小两通道电流差带来的不确定度分量。图I为实现等电流共地测量的新方法，图I中I1支路和I2支路输出端分别配有两个名义值相同的分流器，即R1 = R2。当两支路上的电阻不平衡(即两个分流器的名义值不相同)时，需要在不平衡支路上串联分流器，保证两支路的负载平衡，如图2所示。具体实施时进行如下测量一、确定两路电流的比例误差5和相角误差Y，测量线路如图I所示，采用两个相同标准分流器R1和R2,即R1 = R20可以直接用锁相放大器测量标准分流器和被测分流器的水平分量的差值AUx和正交分量的差值AUY，再利用多功能电压表测量通过电阻R1的电压Um。根据公式(I)确定两支路的比例误差8和相角误差Y (这两个值可以确定两个支路的相角误差和比例误差的大小，做为评定分流器角差的一项不确定度)6 = AUX/UK1y = A UY/UE1 (I)二、当被测分流器和标准分流器的名义值相同时，测量线路如图I所示，一个是标准分流器R1，另一个为被测分流器R2,此时两支路负载平衡，R1 = R2。用锁相放大器测量被测分流器和的标准分流器水平分量的差值AUxi和正交分量的差值AUyi，再利用多功能电压表测量通过标准分流器R1的电压UK1。根据公式(2)确定被测分流器残余电感L1 + ^(2)式中f为测量频率，L0为标准分流器的残余电感。 三、当两支路分别配有名义值不相同的分流器时，测量线路如图2所示，一个是标准分流器R1,另一个为被测分流器R2,此时两支路负载不平衡，如果R1 > R2。那么，要在I2支路上串联一名义阻值为r的电阻，使两支路负载平衡，即R1 = R2+r，名义阻值为r的分流器要串联在被测分流器的上端，确保两个比较的分流器共地。用锁相放大器测量被测分流器和的标准分流器水平分量的差值AUxi和正交分量的差值AUy2，再利用多功能电压表测量通过电阻R1的电压UK2。根据公式(3)确定被测分流器残余电感L2 L2 =+ L0( 3 )
UR2 27tj式中f为测量频率，L0为标准分流器的残余电感。如果R1 < R2，那么I1支路上串联一名义阻值为r的电阻,R2 =札+r测量方法和以上相同。(3)式中没有包含r，是因为r只是起到支路电阻平衡的作用，对于计算被测分流器角差是不起作用的。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
权利要求
1.一种实现等电流共地测量的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 (1)将一路电流分成两个并联的支路； (2)将标准分流器连接到第一个支路上，将被测分流器连接到第二个支路上，并使得两个支路的电流相等，同时将标准分流器和被测分流器的低电位端均接地，从而实现被测分流器和标准分流器的共地测量。
2.根据权利要求I所述的实现等电流共地测量的方法，其特征在于所述步骤(I)包括以下步骤 (11)将两个相互绝缘的导线均匀绞合形成绞合线后再均匀地绕制在圆环形铁芯上； (12)将一个导线的首端和另一导线的尾端相连接作为电流输入端，两个导线的另一端分别作为电流输出端，形成所述的两个并联的支路。
3.根据权利要求2所述的实现等电流共地测量的方法，其特征在于所述步骤(2)是这样实现的 设标准分流器和被测分流器的名义值分别为R1和R2 ； 如果R1 = R2，则将两个所述电流输出端分别与标准分流器的电流输入端和被测分流器的电流输入端连接；然后将标准分流器的电流输出端和被测分流器的电流输出端同时接地； 如果R1 > R2，则将第一个电流输出端与标准分流器的电流输入端连接，将第二个电流输出端与名义阻值为r的电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与被测分流器的电流输入端连接,R1 = R2+r ;然后将标准分流器的电流输出端和被测分流器的电流输出端同时接地； 如果R1 < R2，则将第一个电流输出端与名义阻值为r的电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与标准分流器的电流输入端连接，将第二个电流输出端与被测分流器的电流输入端连接，R2 = RAr ;然后将标准分流器的电流输出端和被测分流器的电流输出端同时接地。
4.根据权利要求3所述的实现等电流共地测量的方法，其特征在于在步骤(2)后进一步包括以下步骤 将绕制有绞合线的铁芯通过绝缘螺丝固定在内屏蔽内，再用绝缘螺丝将内屏蔽固定在外屏蔽上；所述内屏蔽和外屏蔽通过绝缘垫片固定；将标准分流器和被测分流器设置在外屏蔽外；将所述内屏蔽与所述电流输入端连接，将所述外屏蔽接地。
5.根据权利要求4所述的实现等电流共地测量的方法，其特征在于所述内屏蔽和外屏蔽均采用铜制作而成。
全文摘要
本发明提供了一种实现等电流共地测量的方法，属于电学计量领域。所述方法包括以下步骤(1)将一路电流分成两个并联的支路；(2)将标准分流器连接到第一个支路上，将被测分流器连接到第二个支路上，并使得两个支路的电流相等，同时将标准分流器和被测分流器的低电位端均接地，从而实现被测分流器和标准分流器的共地测量。本发明解决了电流交直流转换测量中标准分流器和被测分流器相互串联进行比较时两个分流器低电位不一致所带来的问题。
文档编号G01R35/02GK102768349SQ20121024077
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者刘文芳, 张江涛, 潘仙林, 王彪, 董耀, 谷扬, 赵军, 马雪锋 申请人:中国计量科学研究院