一種交流阻抗電橋的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域，具體涉及一種高準(zhǔn)確度電流互感器式交流阻抗電橋以及用該電橋校準(zhǔn)電阻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域?qū)τ诮涣鞯椭惦娮璧男?zhǔn)具有明確的需求，主要有四個(gè)方面，一、交流電流的測(cè)量方法是被測(cè)電流通過(guò)分流器(取樣電阻)產(chǎn)生交流電壓，由交流電壓與分流器電阻的比值換算出交流電流值，隨著被測(cè)電流的增大，分流器電阻的量值變小，其頻率變差也應(yīng)很小，需通過(guò)校準(zhǔn)確定其量值，即需要對(duì)低值電阻在交流條件下校準(zhǔn)；二、交流功率的測(cè)量基礎(chǔ)是要得到交流電壓和交流電流的量值，交流電流的準(zhǔn)確測(cè)量依賴于交流低值電阻的校準(zhǔn)，由于交流功率分為有功功率和無(wú)功功率，分流器電阻的虛部分量附加產(chǎn)生無(wú)功功率，因此需要通過(guò)校準(zhǔn)確定分流器電阻的虛部分量，即低值電阻還需要校準(zhǔn)虛部分量；三、脈沖電流的測(cè)量也通常是將其通過(guò)分流器電阻轉(zhuǎn)換為電壓后由示波器測(cè)得，其中的關(guān)鍵就是分流器電阻虛部分量引入的延時(shí)要小，同樣需要通過(guò)校準(zhǔn)得到分流器電阻的時(shí)間常數(shù)；四、RLC測(cè)量?jī)x低值電阻量程的校準(zhǔn)需要已知實(shí)部分量和虛部分量的交流標(biāo)準(zhǔn)電阻。但是，交流低值電阻的校準(zhǔn)是電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域的難題，問(wèn)題之一是由于交流低值電阻校準(zhǔn)過(guò)程中的電流較大，因此通常采用電流互感器式交流阻抗電橋，但在測(cè)量過(guò)程中指零儀的共模干擾和泄漏及電流互感器的匝間泄漏電流使得交流阻抗電橋的測(cè)量準(zhǔn)確度較低，難以滿足高準(zhǔn)確度的校準(zhǔn)要求，成為制約交流低值電阻量值溯源的瓶頸。
[0003]參見(jiàn)圖1，其為一種現(xiàn)有交流阻抗電橋電路，電路上串接電流互感器CTo的一次側(cè)以及被測(cè)電阻Rx，電流互感器的二次側(cè)連接一標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro，標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro和被測(cè)電阻Rx在電橋中的高端之間連接微伏表(例如采用鎖相放大器原理)，Ro和Rx在電橋中的低端相連，并且接地。其中Ro與Rx的比值與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器CTo的變流比相等。
[0004]工作時(shí)，電路中有電流通過(guò)，從而在Ro及Rx的兩端形成壓差，用微伏表測(cè)得Rx和Ro之間的微差電壓除以標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro上的電壓，即可得到Rx的誤差。但該電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)有兩個(gè)很難克服的困難:
[0005]1、圖中微伏表有IV的浮地電壓，測(cè)量精度要達(dá)到10 6量級(jí)，對(duì)微伏表的共模抑制比要求10 7量級(jí)，同時(shí)微伏表自身的泄漏電流應(yīng)很小，目前國(guó)際上還找不到這種指標(biāo)的微伏表。
[0006]2、電流互感器CTo —次側(cè)A、B兩端都有電壓，一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組、地間的寄生電容會(huì)引入誤差，而且這個(gè)引入誤差又隨被測(cè)電阻阻值和電流變化，因此CTo制作和校準(zhǔn)很困難。
[0007]圖2是第二種現(xiàn)有交流阻抗電橋電路，其與圖1不同在于被測(cè)電阻Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro的在電橋中高電位端短接，Rx在電橋中的低電位端接地，微伏表連接在Ro和Rx在電橋中的低電位端之間。通過(guò)測(cè)量Rx和Ro左端之間的微小壓差，并與Ro上的電壓相比可以得到Rx的誤差。
[0008]該克服了微伏表有浮地電壓的問(wèn)題，但沒(méi)有解決CTo —次繞組有電壓的問(wèn)題。由于互感器二次繞組沒(méi)有接地點(diǎn)，系統(tǒng)的抗干擾性能較差，不適合做高等級(jí)量傳使用
[0009]圖3是另一種現(xiàn)有交流阻抗電橋電路，該電路與圖2電路的不同點(diǎn)在于，被測(cè)電阻Rx的在電橋中的低電位端不接地，而是由標(biāo)準(zhǔn)電阻Ro在電橋中的低電位端接地。其中電流互感器CTo 二次側(cè)接地，而微伏表沒(méi)有接地，該傳遞電路解決了 CTo —次繞組電壓?jiǎn)栴}，但沒(méi)有解決微伏表浮地電壓?jiǎn)栴}。
[0010]此外，圖中I1= 12+Id，由于泄漏電流1滿存在，I i不等于12，即流過(guò)CTo —次繞組和被測(cè)電阻的電流不相等，相當(dāng)于流過(guò)Rx和Ro的電流不相等。需要更復(fù)雜的方法監(jiān)測(cè)并調(diào)整線路使Id= 0，才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
[0011]總結(jié)以上，圍繞現(xiàn)有的測(cè)試原理有四個(gè)問(wèn)題需要注意和克服:
[0012]1、微伏表浮地電壓的共模抑制和泄漏問(wèn)題
[0013]2、互感器一次繞組電壓引入寄生電容誤差
[0014]3、互感器二次繞組沒(méi)有接地點(diǎn)引起的測(cè)試穩(wěn)定性問(wèn)題地線中電流不能影響誤差

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有交流阻抗電橋的缺陷，本發(fā)明圍繞克服共模干擾和泄漏電流及電流互感器匝間電容的影響提出了解決方案和實(shí)施途徑。具體而言，本發(fā)明提供一種交流阻抗電橋及電阻校準(zhǔn)方法，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、第一微伏表、電源，其特征在于:還包括被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻，以及用于接地的電流互感器和電阻，其中，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的一次側(cè)繞組、接地電流互感器的一次側(cè)繞組及被測(cè)電阻串聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)電阻并聯(lián)在標(biāo)準(zhǔn)電流互感器二次側(cè)，接地電阻并聯(lián)在接地電流互感器二次側(cè)，接地電阻的低電位端接地，接地電阻的高電位端與被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻在電橋中的低電位端連接，第一微伏表連接在被測(cè)電阻在電橋中的高電位端與地之間，這種結(jié)構(gòu)使得被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻在電橋中的高電位端和標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的一次側(cè)繞組的低電位端的電壓接近于零，即被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻在電橋中的高電位端等效接地，且減小了電流互感器匝間寄生電容的影響。
[0016]進(jìn)一步地，其中，還包括第二微伏表，連接于標(biāo)準(zhǔn)電阻在電橋中的高電位端與地之間，即兩塊微伏表均接地，不存在浮地測(cè)量。
[0017]進(jìn)一步地，其中，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的一次側(cè)與二次側(cè)的電流比值和標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測(cè)電阻的標(biāo)稱值的阻值比相同。
[0018]進(jìn)一步地，其中，接地電流互感器的一次側(cè)與二次側(cè)的電流比值和接地電阻與被測(cè)電阻的標(biāo)稱值的阻值比相同。
[0019]進(jìn)一步地，其中，標(biāo)準(zhǔn)電阻與被測(cè)電阻的標(biāo)稱阻值比為1:1至100:1之間。
[0020]進(jìn)一步地，其中，被測(cè)電阻標(biāo)稱值為1Ω，標(biāo)準(zhǔn)電阻為10Ω，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器一次側(cè)電流為1A，二次側(cè)電流為0.1A。
[0021]進(jìn)一步地，其中，接地電阻使用阻容網(wǎng)絡(luò)替代，具體為多個(gè)電阻串聯(lián)，電阻上并聯(lián)有電容，使得補(bǔ)償電壓與被測(cè)電阻上的壓降基本相等，其中的虛部分量基本為零。
[0022]進(jìn)一步地，其中，微伏表采用鎖相放大器。
[0023]發(fā)明效果:
[0024]由于標(biāo)準(zhǔn)互感器的一次側(cè)的A端電壓為零，保證了互感器的使用狀態(tài)與校準(zhǔn)狀態(tài)一致，基本沒(méi)有附加寄生電容產(chǎn)生的誤差。
[0025]第一微伏表uVl的高端接電橋的E點(diǎn)和第二微伏表uV2的高端接電橋的F點(diǎn)，其量值均近似0V(小于0.lmV)，即地電平，解決了微伏表浮地電壓的共模抑制問(wèn)題。
[0026]標(biāo)準(zhǔn)電流互感器CTo的二次繞組通過(guò)接地電流互感器Rd直接接地，保證了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性
[0027]L同時(shí)流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器CTo的一次側(cè)繞組和被測(cè)電阻Rx，地線中電流Id不會(huì)造成圖3那種分流，不會(huì)影響誤差；
[0028]而且，通過(guò)兩塊微伏表分別測(cè)量E、F的對(duì)地電壓認(rèn)和U2，并通過(guò)計(jì)算兩者間的微小電壓差UEF= U fU2，得到E、F間的電壓，除以IV即可得到被測(cè)電阻Rx的誤差。采用兩塊微伏表測(cè)量結(jié)果的相減，避免了一塊微伏表的誤差問(wèn)題，這種連接克服了微伏表自身泄漏引入的誤差。
[0029]本發(fā)明的交流阻抗電橋，標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測(cè)電阻在電橋中高電位端等效接地，采用兩個(gè)微伏表，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測(cè)電阻的對(duì)地電壓