電流表的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電流計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種電流表，包括：復(fù)合式比較儀、第一直流比較儀、雙極有源補(bǔ)償互感器、交流互感器、第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元、第四信號(hào)變換單元、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP和電源模塊，復(fù)合式比較儀包括：第二直流比較儀、功率放大器、霍爾信號(hào)放大器、四個(gè)霍爾元件和一個(gè)通過(guò)切割形成有四個(gè)氣隙的鐵芯，四個(gè)霍爾元件分別置于四個(gè)氣隙中，四個(gè)霍爾元件連接霍爾信號(hào)放大器，霍爾信號(hào)放大器連接功率放大器，功率放大器連接第二直流比較儀的兩個(gè)次級(jí)繞組的第一次級(jí)繞組。本實(shí)用新型解決了接觸式測(cè)量大電流發(fā)熱、測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題，也解決了非接觸式測(cè)量時(shí)小電流測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
電流表
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電流計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電流表。
【背景技術(shù)】
[0002]交直流電參量值作為電能源的重要參數(shù)、電學(xué)計(jì)量的基本量，廣泛應(yīng)用于電鍍、電冶、電機(jī)制造及檢修、電池電氣機(jī)車(chē)、航空甚至航天等領(lǐng)域。交直流電流量值從幾毫安、幾十安至幾百安、幾千安甚至上萬(wàn)安培;監(jiān)測(cè)儀表精度等級(jí)也從I級(jí)、0.5級(jí)到0.2級(jí)、0.1級(jí)，甚至到0.05級(jí)也不鮮見(jiàn)。對(duì)這些交直流電流值的準(zhǔn)確計(jì)量，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行效果，關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，甚至關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)工程的成敗。因此，對(duì)這些儀表的計(jì)量性能進(jìn)行量傳/溯源是非常重要和必要的。
[0003]在我國(guó)省市級(jí)、大中型企業(yè)及國(guó)防工業(yè)的電流量傳/溯源標(biāo)準(zhǔn)裝置和儀表存在的技術(shù)缺點(diǎn)是:
[0004]1、電流量程小、交流參量及擴(kuò)展頻率后的測(cè)量精度低；
[0005]2、量程大，測(cè)量精度低，測(cè)量不方便；
[0006]3、進(jìn)行低精度測(cè)量時(shí)，從小電流到大電流也需要很多設(shè)備組合在一起才能完成，操作不便，工作效率低下，人力物力投入大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型提出一種電流表，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的電流表電流量程小、精度低的問(wèn)題。
[0008]本實(shí)用新型的電流表包括:復(fù)合式比較儀、第一直流比較儀、雙極有源補(bǔ)償互感器、交流互感器、第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元、第四信號(hào)變換單元、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP和電源模塊；
[0009]所述復(fù)合式比較儀、第一直流比較儀、雙極有源補(bǔ)償互感器和交流互感器分別連接第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元和第四信號(hào)變換單元，第二信號(hào)變換單元和第三信號(hào)變換單元分別連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，第一信號(hào)變換單元和第四信號(hào)變換單元分別通過(guò)開(kāi)關(guān)連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；
[0010]第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均連接DSP;
[0011]電源模塊用于為第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元、第四信號(hào)變換單元、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和DSP供電；
[0012]所述復(fù)合式比較儀包括:第二直流比較儀、功率放大器、霍爾信號(hào)放大器、四個(gè)霍爾元件和一個(gè)通過(guò)切割形成有四個(gè)氣隙的鐵芯，所述四個(gè)霍爾元件分別置于所述四個(gè)氣隙中，所述四個(gè)霍爾元件連接所述霍爾信號(hào)放大器，霍爾信號(hào)放大器連接所述功率放大器，所述功率放大器連接所述第二直流比較儀的兩個(gè)次級(jí)繞組的第一次級(jí)繞組。
[0013]其中，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均包括相互連接的增益放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和光電隔離器，所述光電隔離器連接DSP。
[0014]其中，所述第一信號(hào)變換單元為箔式無(wú)感電阻，用于對(duì)所述第二直流比較儀的次級(jí)繞組電流進(jìn)行采樣，將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0015]其中，所述第二信號(hào)變換單元為箔式無(wú)感電阻，用于對(duì)所述第一直流比較儀的次級(jí)繞組電流進(jìn)行采樣，將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0016]其中，所述第三信號(hào)變換單元為采樣精度小于0.005%、低溫漂低于0.2ppm/°C的箔電阻，用于對(duì)所述雙極有源補(bǔ)償互感器的電流進(jìn)行采樣將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第三模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0017]其中，所述第四信號(hào)變換單元為箔式無(wú)感電阻，用于對(duì)所述交流互感器的電流進(jìn)行采樣，將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第四模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0018]本實(shí)用新型的電流表在測(cè)量方式上，在O?100A范圍內(nèi)采用接觸式測(cè)量，100A?2000A采用非接觸式測(cè)量，有效解決了接觸式測(cè)量大電流發(fā)熱、測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，也解決了非接觸式測(cè)量時(shí)小電流測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實(shí)用新型一種電流表的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021 ]圖2為復(fù)合式直流大電流比較儀原理框圖；
[0022]圖3為雙級(jí)有源互感器補(bǔ)償線路。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例的電流表包括:復(fù)合式比較儀1、第一直流比較儀2、雙極有源補(bǔ)償互感器3、交流互感器4、第一信號(hào)變換單元51、第二信號(hào)變換單元52、第三信號(hào)變換單元53、第四信號(hào)變換單元54、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP 9和電源模塊。
[0025]所述復(fù)合式比較儀1、第一直流比較儀2、雙極有源補(bǔ)償互感器3和交流互感器4分別連接第一信號(hào)變換單元51、第二信號(hào)變換單元52、第三信號(hào)變換單元53和第四信號(hào)變換單元54，第二信號(hào)變換單元52和第三信號(hào)變換單元53分別連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，第一信號(hào)變換單元51和第四信號(hào)變換單元54分別通過(guò)開(kāi)關(guān)kl和k2連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。開(kāi)關(guān)kl和k2用于選擇電流的測(cè)量范圍，直流電流在O?100A范圍內(nèi)時(shí)開(kāi)關(guān)kl斷開(kāi)，電流從b端進(jìn)入，直流電流在100A?2000A范圍時(shí)開(kāi)關(guān)kl閉合，電流由a端進(jìn)入。交流電流在O?100A范圍內(nèi)時(shí)開(kāi)關(guān)kl斷開(kāi)，電流從c端進(jìn)入，交流電流在100A?2000A范圍時(shí)開(kāi)關(guān)kl閉合，電流由d端進(jìn)入。
[0026]第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均連接DSP9。
[0027]電源模塊用于為第一信號(hào)變換單元51、第二信號(hào)變換單元52、第三信號(hào)變換單元53、第四信號(hào)變換單元54、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和DSP 9供電。
[0028]如圖2所示，該復(fù)合式比較儀I包括:第二直流比較儀、功率放大器(圖2中的第一功率放大器14，第二功率放大器為第二比較儀本身的功率放大器)、霍爾信號(hào)放大器13、四個(gè)霍爾元件121和一個(gè)通過(guò)切割形成有四個(gè)氣隙的鐵芯122，四個(gè)霍爾元件121分別置于所述四個(gè)氣隙中。四個(gè)霍爾元件121連接霍爾信號(hào)放大器13，霍爾信號(hào)放大器13連接第一功率放大器14，第一功率放大器14連接第二直流比較儀的兩個(gè)次級(jí)繞組的第一次級(jí)繞組W2\第二直流比較儀的測(cè)量頭為復(fù)合式比較儀的主測(cè)量頭11，四個(gè)霍爾元件121和鐵芯122組成復(fù)合是比較儀的副測(cè)量頭12。圖2中除了副測(cè)量頭12、霍爾信號(hào)放大器13和第一功率放大器14以外的其余部分為現(xiàn)有直流比較儀的結(jié)構(gòu)，此處不再贅述。
[0029]本實(shí)施例中，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括相互連接的增益放大器61、A/D轉(zhuǎn)換器71和光電隔離器81，光電隔離器81連接DSP;第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括相互連接的增益放大器62、A/D轉(zhuǎn)換器72和光電隔離器82，光電隔離器82連接DSP 9。電源模塊具體包括電源10和基準(zhǔn)電路11，基準(zhǔn)電路11用于對(duì)電源10的電壓降壓后為A/D轉(zhuǎn)換器71和A/D轉(zhuǎn)換器72供電。
[0030]當(dāng)一次電流11穿心流過(guò)主、副測(cè)量頭時(shí)，首先由副測(cè)量頭12感應(yīng)產(chǎn)生電壓Vh輸入第一功率放大器14形成12'，I27通過(guò)次級(jí)繞組W2,達(dá)到第二直流比較儀初平衡。初平衡后未能平衡的剩余電流作用于第二直流比較儀，通過(guò)第二直流比較儀檢測(cè)鐵芯上的檢測(cè)繞組Wl、WV檢測(cè)出差值信號(hào)，差值信號(hào)通過(guò)選頻放大器與激磁電源通過(guò)選頻放大器的兩組輸入同步檢波器，產(chǎn)生的電壓輸入第二功率放大器形成12通過(guò)次級(jí)繞組W2達(dá)到最終平衡。
[0031]達(dá)到第二直流比較儀最終平衡的次級(jí)電流I2+I2,依據(jù)次級(jí)繞組的匝數(shù)比例于初級(jí)電流II，通過(guò)次級(jí)負(fù)載電阻Rl輸出比例于初級(jí)電流Il的電壓信號(hào)。
[0032]本實(shí)施例的電流表在測(cè)量方式上，在O?100A范圍內(nèi)采用接觸式測(cè)量(即直流采用第一直流比較儀，交流采用雙極有源補(bǔ)償互感器)，100A?2000A采用非接觸式測(cè)量(直流采用復(fù)合式比較儀，交流采用交流互感器)，有效解決了接觸式測(cè)量大電流發(fā)熱、測(cè)量不準(zhǔn)確甚至測(cè)不了的問(wèn)題，也解決了非接觸式測(cè)量時(shí)小電流測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0033]本實(shí)施例中，第一信號(hào)變換單元51為箔式無(wú)感電阻，用于對(duì)第二直流比較儀的次級(jí)繞組電流進(jìn)行采樣，將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。具體地，可以將復(fù)合式比較儀中的第二直流比較儀的次級(jí)500mA電流由9 Ω (由11只100 Ω并聯(lián))箔式無(wú)感電阻采樣得到4.5V轉(zhuǎn)換信號(hào)。
[0034]本實(shí)施例中，第二信號(hào)變換單元52為箔式無(wú)感電阻，用于對(duì)所述第一直流比較儀的次級(jí)繞組電流進(jìn)行采樣，將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。具體地，可以將第一直流比較儀I的次級(jí)45mA電流由100 Ω箔式無(wú)感電阻采樣得到4.5V轉(zhuǎn)換信號(hào)。
[0035]本實(shí)施例中，第三信號(hào)變換單元53為采樣精度小于0.005%、低溫漂低于0.2ppm/°(:的箔電阻，用于對(duì)所述雙極有源補(bǔ)償互感器3的電流進(jìn)行采樣將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第三模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0036]本實(shí)施例中，第四信號(hào)變換單元54為箔式無(wú)感電阻，用于對(duì)交流互感器4的電流進(jìn)行采樣，將采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第四模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。具體地，可以將電流互感器4的次級(jí)500mA電流6 Ω (由1只60 Ω并聯(lián))箔式無(wú)感電阻采樣得到3 V轉(zhuǎn)換信號(hào)，然后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。
[0037]本實(shí)施例中，為了保證10A?2000A非接觸式測(cè)量的測(cè)量精度，直流測(cè)量采用復(fù)合式比較儀I取代了精度等級(jí)不高的傳統(tǒng)的分流器和霍爾檢測(cè)傳感器，保證了直流電流的精密采樣，交流測(cè)控采用交流互感器4對(duì)大電流進(jìn)行采樣。在數(shù)字信號(hào)處理時(shí)交流采用整周期、同步采樣原理對(duì)來(lái)自交流互感器4的交流信號(hào)進(jìn)行真有效值測(cè)量;消除交流采樣時(shí)截尾誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，保證了交流電流的測(cè)量精度。來(lái)自復(fù)合式比較儀I的測(cè)量頭采樣信號(hào)(圖1中a端信號(hào))和來(lái)自交流互感器的采樣信號(hào)(圖1中d端信號(hào))分別通過(guò)輸入各自的信號(hào)變換單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離和整定為O?4.5V直流信號(hào)和O?3V交流信號(hào)(峰值約為4.5V);該信號(hào)分別通過(guò)增益放大器61和62，保證輸入A/D轉(zhuǎn)換器71和72的信號(hào)大于1.5V，使A/D轉(zhuǎn)換器71和72工作在較優(yōu)線性區(qū)。信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器71和72實(shí)現(xiàn)數(shù)字化離散;離散后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離器完成模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)隔離后，進(jìn)入DSP 9。利用DSP 9工作周期約為30nS的快速運(yùn)算代替硬件乘法累加器，完成對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)同步測(cè)量。從而保證交直流電流在10A?2000A測(cè)量時(shí)的測(cè)量精度優(yōu)越0.01 %。
[0038]在O?100A測(cè)量范圍內(nèi)，對(duì)于交流電流(圖1中c端信號(hào))采用雙級(jí)有源補(bǔ)償電流互感器技術(shù)(補(bǔ)償電路見(jiàn)圖3)，將直接接入的測(cè)量電流轉(zhuǎn)換為25mA電流信號(hào)，利用Vishay公司生產(chǎn)的高精密(精度0.005%)、低溫漂(0.2??111/°(:)精密箔電阻采樣出3￥信號(hào)進(jìn)入4/0轉(zhuǎn)換器;對(duì)于直流信號(hào)(圖1中b端信號(hào))采用直流比較儀完成小電流的精密測(cè)量，保證交直流電流在20mA?10A測(cè)量時(shí)的測(cè)量精度優(yōu)越0.01 %。
[0039]本實(shí)施例的電流表具有如下優(yōu)勢(shì):
[0040]1:交流測(cè)量采用整周期、同步采樣原理，消除交流測(cè)量時(shí)截尾誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，直流測(cè)量采用復(fù)合式直流電流比較儀取代了精度等級(jí)不高的傳統(tǒng)的分流器和霍爾檢測(cè)傳感器，使測(cè)量精度優(yōu)越0.01 %。
[0041]2:通過(guò)輸入變換隔離電路，消除了通過(guò)信號(hào)途徑的傳導(dǎo)干擾;A/D與DSP間采取光電隔離，消除模擬數(shù)字間的傳輸干擾和地線紋波相互串?dāng)_。采用接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量相結(jié)合的方案，有效解決了接觸式測(cè)量大電流發(fā)熱、測(cè)量不準(zhǔn)確甚至無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，也解決了非接觸式測(cè)量時(shí)小電流測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題;大大提高設(shè)備利用效率和工作效率，減少了人力物力投入。
[0042]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電流表，其特征在于，包括:復(fù)合式比較儀、第一直流比較儀、雙極有源補(bǔ)償互感器、交流互感器、第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元、第四信號(hào)變換單元、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP和電源模塊； 所述復(fù)合式比較儀、第一直流比較儀、雙極有源補(bǔ)償互感器和交流互感器分別連接第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元和第四信號(hào)變換單元，第二信號(hào)變換單元和第三信號(hào)變換單元分別連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，第一信號(hào)變換單元和第四信號(hào)變換單元分別通過(guò)開(kāi)關(guān)連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路； 第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均連接DSP; 電源模塊用于為第一信號(hào)變換單元、第二信號(hào)變換單元、第三信號(hào)變換單元、第四信號(hào)變換單元、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和DSP供電； 所述復(fù)合式比較儀包括:第二直流比較儀、功率放大器、霍爾信號(hào)放大器、四個(gè)霍爾元件和一個(gè)通過(guò)切割形成有四個(gè)氣隙的鐵芯，所述四個(gè)霍爾元件分別置于所述四個(gè)氣隙中，所述四個(gè)霍爾元件連接所述霍爾信號(hào)放大器，霍爾信號(hào)放大器連接所述功率放大器，所述功率放大器連接所述第二直流比較儀的兩個(gè)次級(jí)繞組的第一次級(jí)繞組。2.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均包括相互連接的增益放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和光電隔離器，所述光電隔離器連接DSP。3.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于，所述第一信號(hào)變換單元為箔式無(wú)感電阻，將對(duì)所述第二直流比較儀的次級(jí)繞組電流進(jìn)行采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。4.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于，所述第二信號(hào)變換單元為箔式無(wú)感電阻，將對(duì)所述第一直流比較儀的次級(jí)繞組電流進(jìn)行采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。5.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于，所述第三信號(hào)變換單元為采樣精度小于0.005%、低溫漂低于0.2ppm/°C的箔電阻，將對(duì)所述雙極有源補(bǔ)償互感器的電流進(jìn)行采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第三模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。6.如權(quán)利要求1所述的電流表，其特征在于，所述第四信號(hào)變換單元為箔式無(wú)感電阻，將對(duì)所述交流互感器的電流進(jìn)行采樣后的電壓信號(hào)傳輸至第四模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK205656235SQ201620285591
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日 公開(kāi)號(hào)201620285591.6, CN 201620285591, CN 205656235 U, CN 205656235U, CN-U-205656235, CN201620285591, CN201620285591.6, CN205656235 U, CN205656235U
【發(fā)明人】張紹旺, 朱自科, 李亞娟, 曾舒帆, 陳萬(wàn)才, 張自長(zhǎng), 蘇紅
【申請(qǐng)人】云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院