專利名稱：一種用于電力測量的高壓分壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓分壓器。
背景技術(shù)：
高電壓(1千伏以上)在電力傳輸、電子技術(shù)、加速器相關(guān)的科研中使用日益普遍。在 很多情況下，比如測量高電荷態(tài)離子雙電子復(fù)合共振能量時(shí)，人們需要精確的知道高電壓 值。對于超過l千伏的高壓，直接測量往往會造成測量儀器的損壞，目前人們使用的精密 高壓分壓器對高壓進(jìn)行分壓后測量，絕對精度都在1%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足科研的要求。 其中主要原因是無法解決電阻的溫度系數(shù)和電壓系數(shù)帶來的誤差。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的在于提出一種能實(shí)現(xiàn)高精度測量的高壓分壓器，其精度可達(dá)到高于百
萬分之一 (lppm)。
本實(shí)用新型提出的一種用于電力測量的高壓分壓器，其原理如附圖l所示，高電壓U
加在串聯(lián)的電阻R!和R2上，那么R2兩端的電壓U。ut可以表達(dá)為
<formula>formula see original document page 3</formula>
R2/(RrfR2)稱為分壓比，通過分壓可以由測量低電壓來測量高電壓?？墒荝!和R2的阻 值是隨著溫度和電壓變化的，稱為溫度系數(shù)和電壓系數(shù)。為了減少溫度系數(shù)帶來的誤差， 以及對電壓系數(shù)進(jìn)行修正，本實(shí)用新型采用了新的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該高壓分壓器 由金屬球冠l、內(nèi)筒2、外筒13、高阻值電阻R^低阻值電阻R2、濾波電容5、信號輸出 BNC接口6、內(nèi)筒溫度傳器4、外筒溫度傳感器IO、加熱電阻8和溫度反饋控器9經(jīng)電路 連接組成，其中，內(nèi)筒2設(shè)置于外筒13中，內(nèi)筒與外筒之間由擋板3固定；內(nèi)筒與外筒 之間有間隙，擋板3下端部開有圓孔14,擋板3下端圓孔14外安裝有風(fēng)扇7，在風(fēng)扇7 的作用下，使空氣在內(nèi)筒和外筒之間循環(huán)流通；金屬球冠1設(shè)置于外筒13的頂部，用于 連接待測高壓端，高阻值電阻R,和低阻值電阻R2串聯(lián)，并設(shè)置于內(nèi)筒中，高阻值電阻R, 上部與金屬球冠l連接，低阻值電阻R2下部接地；加熱電阻8設(shè)置于外筒3內(nèi)側(cè)下部、內(nèi) 筒外側(cè)底部下面；溫度反饋控制器9通過外筒溫度傳感器10測量到的溫度控制加熱電阻8 的加熱功率，溫度反饋控制器9采用PID控制(比例、積分、微分控制)；濾波電容5和信 號輸出BNC接口 6連接在低阻值電阻R2的兩端。
本實(shí)用新型中，內(nèi)筒2內(nèi)可以填充耐高壓的六氟化硫氣體，以提高放電電壓閾值。高 阻值電阻R卜低阻值電阻R2可分別由高阻值的電阻串和低阻值的電阻串組成，電阻串的
電阻個(gè)數(shù)和阻值由具體的設(shè)計(jì)要求確定。連接Ri和R2的焊點(diǎn)需經(jīng)過打磨光滑處理，以避 免尖端放電。
為了進(jìn)一步減小溫度帶來的分壓比誤差，本實(shí)用新型采用高精密金屬模電阻來組成R,
和R2，另外利用恒溫箱測量所有電阻的溫度系數(shù)，對電阻進(jìn)行遴選，選出的所有電阻溫度
系數(shù)小于50ppm/'C。當(dāng)RP〉R2時(shí)，分壓比的溫度系數(shù)等于Ri和R2的溫度系數(shù)之差，利 用這個(gè)原則，本實(shí)用新型把高阻值電阻和低阻值電阻進(jìn)行匹配，使分壓比的溫度系數(shù)達(dá)到 最小(絕對值小于10ppm/'C)。對于電壓系數(shù)，我們利用Keithley公司的6'A位電壓表 M0DEL2701和M0DEL2000在0 1100伏范圍內(nèi)測量了各個(gè)電阻的阻值隨著電壓的變化，利 用己知電磁理論和量子理論公式進(jìn)行擬合，得出擬合參數(shù)，對分壓比作出修正。為了讓電 阻更加穩(wěn)定，加長?？讨芷?，所有電阻都經(jīng)過長時(shí)間在不同電壓和不同溫度條件下的老化。 本實(shí)用新型的工作過程如下
將待測高壓端接在金屬球冠1的銅質(zhì)接線柱上，將加熱電阻8、溫度傳感器4和10、 接地端按照圖2所示連接，并把信號輸出BNC接口接在萬用表上(6Vi位或者更高精度)。 設(shè)定工作溫度高于周圍環(huán)境溫度3 10'C,當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度的時(shí)候，控制器就驅(qū)動(dòng)電 源對加熱電阻加熱，然后調(diào)節(jié)溫度控制系統(tǒng)的PID參數(shù)，使溫度浮動(dòng)達(dá)到最小。然后對測 量得到的電壓值用擬合得到的電壓系數(shù)公式進(jìn)行修正。
跟其他分壓器相比，本分壓器解決了溫度系數(shù)和電壓系數(shù)帶來的影響，使測量精度達(dá) 到lppm以上，精度提高了幾個(gè)量級。

圖l為分壓器原理圖。
圖2為分壓器結(jié)構(gòu)圖(軸向剖示)。
圖3為分壓器的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)圖示。
圖4為擋板結(jié)構(gòu)圖示。
圖5為產(chǎn)品DV36溫度浮動(dòng)測試結(jié)果。 圖6為產(chǎn)品DV36的R！平均單個(gè)電阻電壓系數(shù)修正曲線。
圖中標(biāo)號l為金屬球冠，2為內(nèi)筒，3為擋板，4為內(nèi)筒溫度傳感器，5為濾波電容， 6為信號輸出BNC接口， 7為風(fēng)扇，8為加熱電阻，9為溫度反饋控制器，10為外筒溫度 傳感器，ll為空氣，12為六氟化硫氣體，13為外筒，14為擋板下端的洞孔。
具體實(shí)施方式
下面通過一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。根據(jù)圖2所示 金屬球冠1用密封螺紋 固定在外筒13的頂蓋上，其主要目的是避免尖端放電。內(nèi)筒2和外筒13分別為有機(jī)玻璃，
雙層結(jié)構(gòu)能夠保持溫度的恒定，內(nèi)筒和外筒的頂蓋之間有25mm的間隔，用于空氣流通，保持溫度均勻。內(nèi)筒2和外筒13之間用擋板3周定，擋板3底端打有圓孔14，見圖3， 風(fēng)扇7固定在擋板下端部，圓孔14處。內(nèi)筒溫度傳感器4釆用熱敏電阻溫度傳感器，型 號PT100，它通過硬質(zhì)導(dǎo)線固定在內(nèi)筒中部靠近擋板面的方向，和內(nèi)筒壁有2mm的間隔。 濾波電容5的主要作用是濾去輸出信號中的噪音。濾波電容5和信號輸出BNC接口 6分 別連接在低阻值電阻R2的兩端。加熱電阻8通過銅質(zhì)散熱片固定在底板上。外筒溫度傳感 器IO采用熱敏電阻溫度傳感器，型號為PT100，傳感器10的信號反饋給溫度控制器9來 控制加熱功率，調(diào)節(jié)控制器的PID (比例積分微分)參數(shù)使內(nèi)外筒夾層間的空氣溫度浮動(dòng) 小于O.rC,內(nèi)筒工作氣體溫度浮動(dòng)小于0.03'C?？諝?1通過風(fēng)扇7的驅(qū)動(dòng)在內(nèi)筒和外筒 間循環(huán)。內(nèi)筒2內(nèi)填充耐高壓的六氟化硫氣體12，可以提高放電電壓閾值。R,和R2分別 為串聯(lián)的高阻值和低阻值電阻，電阻的個(gè)數(shù)和阻值由具體設(shè)計(jì)要求決定。連接R,和R2的 焊點(diǎn)經(jīng)過打磨光滑處理，避免尖端放電。該分壓器為MODEL-DV36，下面以此為例來說明分壓器的工作過程。 此分壓器量程為36千伏，工作溫度3rC， IOOOV條件下分壓比等于7433.29， 10天內(nèi) 電壓系數(shù)修正后誤差小于lppm。 DV36的&由深圳意杰公司提供的12個(gè)500MQ的金屬 厚膜電阻(SGT52)串聯(lián)組成，R2由3個(gè)400kQ金屬膜電阻(SGT39)組成，每兩個(gè)電阻 間的間距為20mm。金屬球直徑30mm，內(nèi)筒內(nèi)徑70mm，外徑8mm，外筒內(nèi)徑120mm， 外徑130mm,內(nèi)外筒均使用有機(jī)玻璃材質(zhì)。溫度控制器采用臺達(dá)DTA4848型號，溫度控 制采用PID控制。濾波電容5電阻大于5GQ,信號輸出測量采用Keithley萬用表 (MODEL2701 )。下面是內(nèi)筒溫度浮動(dòng)測試和電壓系數(shù)修正測試結(jié)果溫度浮動(dòng)范圍測試結(jié)果如圖5。此溫度是放置在內(nèi)筒的溫度傳感器的測試結(jié)果，測量 時(shí)間為11小時(shí)，在此期間室內(nèi)溫度由空調(diào)調(diào)節(jié)，溫度浮動(dòng)為22 25°C。從圖中可以看出 絕大部分溫度測量值都落在31士0.025'C范圍內(nèi)，對應(yīng)于分壓比的浮動(dòng)為0.25ppm (10ppm/ 。CX 0.025 。C)。R,電壓系數(shù)測試結(jié)果如圖6。此電壓系數(shù)為組成R,的SGT52電阻并聯(lián)得到的總電阻隨 電壓的變化關(guān)系(以31'C， IOO伏條件下電阻值為單位1，對應(yīng)于串聯(lián)R,電壓為1200伏)， 可以通過換算關(guān)系得到串聯(lián)組成的R,電壓系數(shù)(串聯(lián)電壓系數(shù)是并聯(lián)的12倍)，然后通過 電磁理論的場致發(fā)射和量子暗電流理論的擬合公式來修正分壓比。從擬合曲線的殘余值可以看出，修正后分壓比的誤差為土0.4ppm，對于串連電阻R,修正后精度為0.033ppm (0.4ppm/12)。
權(quán)利要求1、一種用于電力測量的高壓分壓器，其特征在于由金屬球冠(1)、內(nèi)筒(2)、外筒(13)、高阻值電阻R1、低阻值電阻R2、濾波電容(5)、信號輸出BNC接口(6)、內(nèi)筒溫度傳器(4)、外筒溫度傳感器(10)、加熱電阻(8)和溫度反饋控器(9)經(jīng)電路連接組成，其中，內(nèi)筒(2)設(shè)置于外筒(13)中，內(nèi)筒與外筒之間由擋板(3)固定；內(nèi)筒與外筒之間有間隙，擋板(3)下端部開有圓孔(14)，擋板(3)下端圓孔(14)外安裝有風(fēng)扇(7)；金屬球冠(1)設(shè)置于外筒(13)的頂部，用于連接待測高壓端，高阻值電阻R1和低阻值電阻R2串聯(lián)，并設(shè)置于內(nèi)筒中，高阻值電阻R1上部與金屬球冠(1)連接，低阻值電阻R2下部接地；加熱電阻(8)設(shè)置于外筒(3)內(nèi)側(cè)下部、內(nèi)筒外側(cè)底部下面；溫度反饋控制器(9)通過外筒溫度傳感器(10)測量到的溫度控制加熱電阻(8)的加熱功率，溫度反饋控制器(9)采用PID控制；濾波電容(5)和信號輸出BNC接口(6)連接在低阻值電阻R2的兩端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于電力測量的高壓分壓器，其特征在于所述內(nèi)筒(2) 中填充有六氟化硫氣體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電力測量的高壓分壓器，其特征在于所述高阻值 電阻R,和低阻值電阻R2分別由電阻串串聯(lián)組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于電力測量的高壓分壓器，其特征在于所述高阻值 電阻R,和低阻值電阻R2分別采用金屬膜電阻。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電力測量技術(shù)領(lǐng)域，具有為一種用于電力測量的高壓分壓器。該高壓分壓器由金屬球冠、內(nèi)外筒體、高阻值電阻R₁、低阻值電阻R₂、溫度傳感器和溫度反饋控制器等組合構(gòu)成。內(nèi)筒中填充耐高壓的六氟化硫氣體，內(nèi)、外筒之間有間隙，供空氣流通，并通過溫度反饋控制器調(diào)節(jié)流通空氣溫度，以保證溫度穩(wěn)定；本實(shí)用新型還通過對高阻值電阻和低阻值電阻的溫度系數(shù)和電壓系統(tǒng)的遴選和控制，以減少分壓比的誤差。本實(shí)用新型大大提高了對高電壓的測量精度。
文檔編號G01R19/06GK201032485SQ20072006665
公開日2008年3月5日 申請日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者偉 胡, 陳衛(wèi)東 申請人:復(fù)旦大學(xué)