一种N等分电流比例误差校验装置及方法

技术领域

本发明属于交流电量计量领域，具体涉及一种N等分电流比例误差校验装置及方法。

背景技术

电流比例技术在电学计量领域具有广泛的应用，可以实现不同幅值电流之间的转换以及相互比较，在交流电流精密测量以及低阻值电阻测量等领域具有重要的应用价值。电流比例可以将难以直接测量的幅值较高的电流信号转换小电流信号，并结合取样电阻实现小电流信号测量，对电流比例自身误差进行修正即可实现大电流的精密测量。此外自身比例误差已知的电流比例还能将输入电流转换为不同幅值的电流输出，且保证各电流信号之间的比例关系已知，可用于不同阻值分流器之间的相互比较。

基于电流比例实现交流电流和电阻测量的前提是其自身比例误差已知，因此需要对电流比例的误差进行精确校验。对于工作在较高电流的电流比例而言，其误差的校验难以在实际工作电流下进行，通常只能在较低电流下进行校验，然后工作在较高电流状态，实际应用中会存在线性误差的影响。本发明结合辅助电流互感器和有源运放技术，提出了一种N等分电流比例误差校验装置及方法，可以实现在任意电流下对N等分电流比例误差进行校验。

发明内容

本发明的目的在于针对电流比例误差难以在较高电流下校验的难题，提出一种N等分电流比例误差校验装置和方法，可以实现在任意电流下对N等分电流比例误差进行校验。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种N等分电流比例误差校验装置包括交流电流源，电流互感器CT1，电流互感器CT2，N等分电流比例，N支路单刀双掷开关，运算放大器A1，运算放大器A2，取样电阻R，锁相放大器。交流电流源输出高端连接至电流互感器CT1初级绕组同名端，输出低端接地，电流互感器CT1初级绕组非同名端连接至电流互感器CT2初级绕组同名端，电流互感器CT2初级绕组非同名端连接至N等分电流比例输入端，N等分电流比例输出端分别连接至N支路单刀双掷开关输入端CH-1至CH-N支路，N支路单刀双掷开关输出端1A至NA支路连接至运算放大器A1同相输入端，运算放大器A1同相输入端接地，N支路单刀双掷开关输出端1B至NB支路连接至运算放大器A1反相输入端，运算放大器A1反相输入端与电流互感器CT2次级绕组的非同名端连接，运算放大器A1输出端与运算放大器A2同相输入端连接，电流互感器CT2次级绕组的同名端连接至运算放大器A1输出端，电流互感器CT1次级绕组的非同名端与运算放大器A1输出端连接，电流互感器CT1次级绕组同名端接地，运算放大器A2反相输入端分别与运算放大器A1反相输入端和取样电阻R连接，取样电阻R另一端连接至运算放大器A2输出端，锁相放大器输入端分别连接至取样电阻R两端。

交流电流源提供交流电流输入；

电流互感器CT1提供辅助电流支路，降低对运算放大器A1输出电流的要求，初级绕组和次级绕组比例为1:N；

电流互感器CT2为N等分电流比例校验提供参考电流，初级绕组和次级绕组比例为1:N；

N等分电流比例将输入电流I转换为N等分输出，分别为I

N支路单刀双掷开关用于控制N等分电流比例各支路输出与运算放大器A1的连接，N支路单刀双掷开关包含N个相互独立的单刀双掷开关，分别定义为CH-1，CH-2至CH-N，每个开关分别有一个输入通道和两个输出通道，两个输出通道分别定义为通道A和通道B，CH-1开关对应输出通道为1A和1B，CH-2开关对应输出通道为2A和2B，以此类推，CH-N开关对应输出通道为NA和NB；

运算放大器A1和A2用于减小取样电阻对N支路电流比例的影响，保证电流比例在空载条件下进行校验；

取样电阻用于测量差值电流ΔI，将差值电流测量转换为电压测量；

锁相放大器用于测量取样电阻两端的电压，进而实现差值电流ΔI的测量。

一种N等分电流比例误差方法，包括以下步骤：

A.控制N支路单刀双掷开关CH-1开关切换至B通道，CH-2至CH-N切换至A通道；

B.交流电流源输出交流电流I，流经电流互感器CT1和CT2初级绕组输入至N等分电流比例，理想情况下电流互感器CT1次级绕组电流I

ΔI＝I

C.通过锁相放大器测量取样电阻R两端的电压ΔU

D.依次将N支路单刀双掷开关CH-i开关(i＝1,2...N)分别切换至B通道，剩余开关切换至A通道，重复过程B和C，则I

E.N等分电流比例任意第M支路(1≤M≤N)电流I

通过上述方法即可实现N等分电流比例任一支路电流与其他支路电流之间的比较，实现N等分电流比例误差校验。

有益效果：本发明提出了一种N等分电流比例误差校验装置和校验方法，实现了N等分电流比例任一支路电流与其他支路电流之间的相互比较，实现了比例误差的校验，与现有技术相比，该发明可以实现在任意工作电流下对电流比例进行校验，不受电流大小的限制，只需保证N等分电流比例能正常工作即可，解决了无法在较高电流下进行校验的难题。

附图说明：

图1为N等分电流比例误差校验系统图

图2为N支路单刀双掷开关内部结构示意图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对发明做进一步的详细说明：

N等分电流比例误差校验装置包括交流电流源，电流互感器CT1，电流互感器CT2，N等分电流比例，N支路单刀双掷开关，运算放大器A1，运算放大器A2，取样电阻R，锁相放大器。交流电流源输出高端连接至电流互感器CT1初级绕组同名端，输出低端接地，电流互感器CT1初级绕组非同名端连接至电流互感器CT2初级绕组同名端，电流互感器CT2初级绕组非同名端连接至N等分电流比例输入端，N等分电流比例输出端分别连接至N支路单刀双掷开关输入端CH-1至CH-N支路，N支路单刀双掷开关输出端1A至NA支路连接至运算放大器A1同相输入端，运算放大器A1同相输入端接地，N支路单刀双掷开关输出端1B至NB支路连接至运算放大器A1反相输入端，运算放大器A1反相输入端与电流互感器CT2次级绕组的非同名端连接，运算放大器A1输出端与运算放大器A2同相输入端连接，电流互感器CT2次级绕组的同名端连接至运算放大器A1输出端，电流互感器CT1次级绕组的非同名端与运算放大器A1输出端连接，电流互感器CT1次级绕组同名端接地，运算放大器A2反相输入端分别与运算放大器A1反相输入端和取样电阻R连接，取样电阻R另一端连接至运算放大器A2输出端，锁相放大器输入端分别连接至取样电阻R两端。

交流电流源提供交流电流输入；

电流互感器CT1提供辅助电流支路，降低对运算放大器A1输出电流的要求，初级绕组和次级绕组比例为1:N；

电流互感器CT2为N等分电流比例校验提供参考电流，初级绕组和次级绕组比例为1:N；

N等分电流比例将输入电流I转换为N等分输出，分别为I

N支路单刀双掷开关用于控制N等分电流比例各支路输出与运算放大器A1的连接，N支路单刀双掷开关包含N个相互独立的单刀双掷开关，分别定义为CH-1，CH-2至CH-N，每个开关分别有一个输入通道和两个输出通道，两个输出分别定义为通道A和通道B，CH-1开关对应输出通道为1A和1B，CH-2开关对应输出通道为2A和2B，以此类推，CH-N开关对应输出通道为NA和NB；

运算放大器A1和A2用于减小取样电阻对N支路电流比例的影响，保证电流比例在空载条件下进行校验；

取样电阻用于测量差值电流ΔI，将差值电流测量转换为电压测量；

锁相放大器用于测量取样电阻两端的电压，进而实现差值电流ΔI的测量。

实施例1

下面以11等分电流比例，工作电流11A为例，阐述电流比例误差校验方法。

A.控制11支路单刀双掷开关CH-1开关切换至B通道，CH-2至CH-11切换至A通道；

B.交流电流源输出交流电流，幅值为11A，流经电流互感器CT1和CT2初级绕组输入至11等分电流比例，电流互感器CT1和CT2初次级绕组比均为1:11，理论上电流互感器CT1次级绕组电流I

ΔI＝I

C.通过锁相放大器测量取样电阻R两端的电压ΔU

D.依次将11支路单刀双掷开关CH-i开关(i＝1,2...11)分别切换至B通道，剩余开关切换至A通道，重复过程B和C，则I

E.11等分电流比例任意第M支路(1≤M≤11)电流I

通过上述方法即可实现11等分电流比例任一支路电流与其他支路电流之间的比较，实现11等分电流比例误差校验。