[发明专利]一种用于精密交流电流测量的电流/电压变换的溯源方法

说明书

技术领域

本发明涉及量值溯源技术，具体涉及一种用于精密交流电流测量的电流/电压变换的溯源方法。

背景技术

由于工业和科研的需要，精密的交流电流测量溯源技术近来越来越得到重视。众所周知，电流的测量是建立在电压测量的基础之上，即将电流变换为电压（电流/电压变换），通过测量这个电压来间接测量电流。此外，由于实际工作中的交流电流范围很宽，如常见的0.002A-100A，而测量仪器保证准确度的输入范围有限，所以需要将大电流或小电流转换为合适的固定电流值，再用一个固定阻值的标准电阻器进行电流/电压变换；或者采用多个不同阻值的标准电阻器，直接对测量范围内的交流电流进行电流/电压转换。目前，广泛应用于工业、计量、科研和电力试验研究部门的交流电流计量标准仪器，其测量不确定度指标一般在100ppm左右,国家级实验室的交流电流测量标准的测量不确定度一般能达到15~30ppm左右。现有的交流电流测量准确度的溯源主要有以下两种技术方法：

一、标准电阻法

如图5所示，当电流通过电阻时，电阻两端会产生电压降，如果电阻已知且这个电压范围能够直接测量，由欧姆定律I=U/R就可以测量和标定出电流，这就实现了电流/电压变换。用此方法对宽量限的电流测量，则需多个标准电阻器。当电流通过电阻时，电阻上消耗的功率W=I²R，如果实际测量需要0.8V电压，则测量100A电流的标准电阻的阻值应为0.008Ω，则此时标准电阻的功耗将达到W=80W，所以测量大电流的标准电阻的功率容量要足够大，通常采用组合式电流型标准电阻器，如美国FLUKE公司的A40B型精密分流器，以满足一定功率消耗的要求。组合式电流型标准电阻器的阻值的不确定度一般只在20～60ppm范围内，并呈现阻值减小而误差增大的特性。但此标准电阻器的角差的不确定度一般较小，工频电流测量时约在1μrad（1微弧度）范围内。

标准电阻的标定通常用精密的交流阻抗电桥（也可用直流电桥标定交流电阻器的阻值误差），精密的交流阻抗电桥的最小测量不确定度约为10ppm（K=2）。交流阻抗电桥是与标准参考电阻一起使用的，标准参考电阻一般由1、10、100、1000、10000、100000欧姆的标称值电阻组合而成，标准参考电阻的角度误差通常用微弧度（μrad）表示。

这种传统的标准电阻法即是将交流电流的测量溯源到组合式电流型标准电阻器。这种方法主要存在以下问题：

①电流型标准电阻的阻值不确定度较大，因大电流测量时的功耗较大，电流型标准电阻器会产生发热，温度漂移大；

②标定组合式电流型标准电阻器时，因交流阻抗电桥工作电流较小，与组合式电流型标准电阻器实际工作电流差异较大，引入的不确定度很难计量。

二、功率测量溯源法

如图6所示，当功率测量的不确定度较小时，可以通过功率指示值反推出电流幅值的方法来测量。由有功功率表达式W=U*I*COSΦ可知，当功率因数COSΦ调整为1且电压已知时，则有I=W/U。目前最高准确度的功率测量装置配有不确定度不大于5ppm的电流互感器，其次级额定电流为5A，功率测量装置用固定的输入电压（如100V），通过变换电流互感器的档位（初级有多个抽头）来扩展电流的测量范围。

传统的功率测量溯源法即是将交流电流的测量溯源到标准功率表。这种方法主要存在以下问题：

①功率测量溯源方法受到功率和电压有效值测量准确度双重影响；

②功率测量溯源方法不确定度影响因素多，且不能单独测量电流的角差。

综上所述，交流电流的测量溯源可通过电流/电流变换、电流/电压变换等过程来实现，所以交流电流的测量溯源就演变成了电流/电流变换、电流/电压变换的溯源，而上述两种现有交流电流测量的溯源方法都存在一些问题，很难满足一般电学计量实验室提高交流电流测量溯源准确度的实际迫切需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于精密交流电流测量的电流/电压变换的溯源方法，可提高电流/电压变换的溯源准确度。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于交流电流测量的电流/电压变换的溯源方法，包括：

（1）将交流电稳压源输入已知比例误差Eu的交流电压比例基准进行电压/电压比例变换，得到标准电压；

（2）将该交流电稳压源接入已知阻值误差Eru的电压型标准电阻器，得到标准电流；

（3）将所得的标准电流输入电流/电压变换器，按照标准电压的大小，进行相应电流/电压的比例变换，得到变换后的电压；