一种电流系数测量装置及测量方法与流程

本发明涉及测量，特别涉及一种电流系数测量装置及测量方法。

背景技术：

1、大电流测量是现代电磁计量学的重要组成部分，涉及工业生产和科学研究中的诸多领域。例如，输配电产业和电动汽车产业的电量计量，医疗产业核磁共振设备的电流精密测量，粒子对撞机、同步辐射光源等大科学装置的高性能电流源监测。大电流的测量原理主要是将大电流转换成小电压或小电流，便于通用仪表测量。具有代表性的设备包括电流电压转换器(以下简称“转换器”)，由电压值与转换系数的乘积计算得到待测电流值，可见，转换系数的准确度直接影响测量结果。

2、由于转换器的材料、结构、设计等方面的因素，转换系数的数值会随着待测电流的变化而变化。通常以转换器量程上限的十分之一时的转换系数作为起始点和参考点，其余量程内的转换系数与起始点的转换系数作比较，得到该转换器的电流系数。在精密测量领域，例如有些大型强子对撞机粒子加速器需要供给超导磁体持续稳定的大电流，为实现项目预定目标，需要将使用的转换器的转换系数校准到优于2×10-6。可见，电流系数不但不能忽略，还应准确测量该数值，以此修正测量结果。

3、电流系数的测量需要根据转换系数得到，对于转换系数的测量，主要方法有源表法和电桥法。源表法具有方便和直接的优点，源表法的原理为：由电流源输出标准电流值，电压表测量转换器的输出电压值，两者的比值即为转换系数。受限于电流源和电压表的技术指标(如最大允许误差和稳定度)，源表法测量不确定度很难突破10-5数量级，因此，该方法适合用于对测量准确度要求不高的场合。

4、电桥法则具有高准确度测量的优势，依托比例桥路与指零技术，被测转换器相对于标准转换器转换系数的比值严格等于两者所连绕组匝数的比值。问题在于，测量过程中被测转换器与标准转换器的电流同比例增大或减小，即两者转换系数的比值所对应的电流始终处于同一比例关系，然而标准转换器的电流系数客观存在，遇到高准确度测量要求时不能忽略，如何测量依然是个问题。如果只是再与高等级的标准器进行比较，无疑陷入了死循环，且没有从本质上解决电流系数的测量问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电流系数测量装置及测量方法，已解决现有技术中测量的电流系数的准确度不高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电流系数测量装置，包括第一单元、第二单元、第三单元、第四单元和第五单元；

3、所述第一单元包括电流源、第二电流比例标准器、第三电流比例标准器、第二标准电流电压转换器和第一电压测试设备；所述电流源、所述第二电流比例标准器的一次侧和所述第三电流比例标准器的一次侧串联；所述第二电流比例标准器的二次侧和所述第二标准电流电压转换器串联；所述第三电流比例标准器的二次侧和被测电流电压转换器串联；所述第二标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端相连，所述第二标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端之间连入所述第一电压测试设备；

4、所述第二单元包括所述电流源、第四电流比例标准器、第三标准电流电压转换器、第四标准电流电压转换器和第二电压测试设备；所述电流源、所述第四电流比例标准器的一次侧、所述第三标准电流电压转换器和所述第四标准电流电压转换器串联，所述第三标准电流电压转换器和所述第四标准电流电压转换器相邻；所述第四电流比例标准器的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第三标准电流电压转换器与所述第四标准电流电压转换器串联后的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端相连，所述第三标准电流电压转换器与所述第四标准电流电压转换器串联后的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端之间连入所述第二电压测试设备；所述第三电流比例标准器的比例和所述第四电流比例标准器的比例不相等；

5、所述第三单元包括所述电流源、所述第三电流比例标准器、所述第三标准电流电压转换器和第三电压测试设备；所述电流源、所述第三电流比例标准器的一次侧和所述第三标准电流电压转换器串联；所述第三电流比例标准器的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第三标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端相连，所述第三标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端之间连入所述第三电压测试设备；

6、所述第四单元包括所述电流源、所述第三电流比例标准器、所述第四标准电流电压转换器和第四电压测试设备；所述电流源、所述第三电流比例标准器的一次侧和所述第四标准电流电压转换器串联；所述第三电流比例标准器的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第四标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端相连，所述第四标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端之间连入所述第四电压测试设备；

7、所述第五单元包括所述电流源、所述第二电流比例标准器、可调电流比例变换装置、所述第二标准电流电压转换器和指零仪；所述电流源和所述第二电流比例标准器的一次测串联；所述第二电流比例标准器的二次测和所述可调电流比例变换装置的一次测串联；所述可调电流比例变换装置的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第二标准电流电压转换器的高电位端和所述第二电流比例标准器的二次测的一端连接；所述第二标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端相连，所述第二标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端之间连入所述指零仪。

8、可选的，所述电流源为连续可调的电流源。

9、可选的，所述第二电流比例标准器、所述第三电流比例标准器和所述第四电流比例标准器的比例范围均为1～1000，最大允许误差均优于±5×10-7。

10、可选的，所述可调电流比例变换装置的一次绕组匝数连续可调，二次绕组匝数固定。

11、可选的，所述第二标准电流电压转换器、所述第三标准电流电压转换器和所述第四标准电流电压转换器的转换系数的标称值均在1mv/a～10v/a范围内。

12、可选的，所述第一电压测试设备、所述第二电压测试设备、所述第三电压测试设备和所述第四电压测试设备为同一个电压表。

13、本发明还提供了另一种电流系数测量装置，包括第一单元、第二单元、第三单元、第四单元和第五单元；

14、所述第一单元包括电流源、第二电流比例标准器、第三电流比例标准器、第二标准电流电压转换器和第一电压测试设备；所述电流源、所述第二电流比例标准器的一次侧和所述第三电流比例标准器的一次侧串联；所述第二电流比例标准器的二次侧和所述第二标准电流电压转换器串联；所述第三电流比例标准器的二次侧和被测电流电压转换器串联；所述第二标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端相连，所述第二标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端之间连入所述第一电压测试设备；

15、所述第二单元包括所述电流源、第四电流比例标准器、第三标准电流电压转换器、第四标准电流电压转换器和第二电压测试设备；所述电流源、所述第四电流比例标准器的一次侧、所述第三标准电流电压转换器和所述第四标准电流电压转换器串联，所述第三标准电流电压转换器和所述第四标准电流电压转换器相邻；所述第四电流比例标准器的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第三标准电流电压转换器与所述第四标准电流电压转换器串联后的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端相连，所述第三标准电流电压转换器与所述第四标准电流电压转换器串联后的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端之间连入所述第二电压测试设备；所述第三电流比例标准器的比例和所述第四电流比例标准器的比例不相等；

16、所述第三单元包括所述电流源、所述第三电流比例标准器、所述第三标准电流电压转换器和第三电压测试设备；所述电流源、所述第三电流比例标准器的一次侧和所述第三标准电流电压转换器串联；所述第三电流比例标准器的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第三标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端相连，所述第三标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端之间连入所述第三电压测试设备；

17、所述第四单元包括所述电流源、所述第三电流比例标准器、所述第四标准电流电压转换器和第四电压测试设备；所述电流源、所述第三电流比例标准器的一次侧和所述第四标准电流电压转换器串联；所述第三电流比例标准器的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第四标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端相连，所述第四标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端之间连入所述第四电压测试设备；

18、所述第五单元包括所述电流源、所述第二电流比例标准器、可调电流比例变换装置、所述第二标准电流电压转换器和指零仪；所述电流源和所述第二电流比例标准器的一次测串联；所述第二电流比例标准器的二次测和所述可调电流比例变换装置的一次测串联；所述可调电流比例变换装置的二次侧和所述被测电流电压转换器串联；所述第二标准电流电压转换器的高电位端和所述第二电流比例标准器的二次测的一端连接；所述第二标准电流电压转换器的高电位端和所述被测电流电压转换器的高电位端相连，所述第二标准电流电压转换器的低电位端和所述被测电流电压转换器的低电位端之间连入所述指零仪。

19、本发明还提供了一种电流系数测量方法，所述方法利用上述任一项所述的一种电流系数测量装置对被测电流电压转换器的电流系数进行测量，所述方法包括以下步骤：

20、分别将所述被测电流电压转换器连接至所述第一单元、所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元和所述第五单元中；

21、分别获取所述第一电压测试设备的值、所述第二电压测试设备的值、所述第三电压测试设备的值、所述第四电压测试设备的值、所述第二电流比例标准器的比例值、所述第三电流比例标准器的比例值、所述第四电流比例标准器的比例值、所述可调电流比例变换装置的比例值；

22、根据确定i4对应的电流系数，其中，α表示i4对应的电流系数，i4表示所述第二单元中流经所述被测电流电压转换器的电流，i1表示所述电流源输出的电流，u1表示所述第一电压测试设备的值，u2表示所述第二电压测试设备的值，u3表示所述第三电压测试设备的值，u4表示所述第四电压测试设备的值，k2表示所述第二电流比例标准器的比例，k3表示所述第三电流比例标准器的比例，k4表示所述第四电流比例标准器的比例，k5表示所述可调电流比例变换装置的比例。

23、可选的，所述方法还包括以下步骤：

24、将所述第二单元中的所述第四电流比例标准器更换为另一个电流比例标准器，所述第三电流比例标准器的比例、所述第四电流比例标准器的比例和所述另一个电流比例标准器的比例均不相等；

25、将所述另一个电流比例标准器作为更新后的第四电流比例标准器；

26、根据确定更新后的i4对应的电流系数。

27、本发明提供的一种电流系数测量装置及测量方法，具有以下技术效果：

28、1、采用测差与指零技术，电流比例标准器引入电压测试设备的误差为电压差值的误差，极大提高了测量结果的准确度。

29、2、标准电流电压转换器仅用于数值过渡，其转换系数和电流系数不会对测量结果产生影响。

30、3、测量方法严格符合电流系数的定义，可以实现量程内转换系数数值的自比较，满足精密测量结果修正的需求。

31、4、五个单元共用同一个电流源，而且单次测量电流系数时电流源的输出值不变，这样使电流源的输出误差被消除，不会对测量结果造成影响。