[发明专利]一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器

说明书

技术领域

本发明属于测量电学参量（电流、电压及阻抗）时对电路阻抗及电压进行有源补偿的范畴，尤其适用于在工频下的高精度电学参量测量的阻抗及电压有源补偿技术领域。

背景技术

电学参量一般包括电流、电压、功率、相位、电能等，在针对这些电学参量测量中，通常有直接测量和间接测量两种方法：直接测量法是“不必测量与被测量有函数关系的其他量，而能直接得到被测量值的一种测量方法”，也即是测量结果可以通过结果直接获得的测量方法，例如运用电流表串接进入被测电流回路，便可直接测量得到回路的电流。间接测量法是指“通过测量与被测量有函数关系的其他量，从而得到被测量值的一种测量方法”，也就是说，被测量的量值是通过其他量的测量，按一定函数关系计算出来的，例如同一回路电流、电压和电阻遵循欧姆定律U=I*R，通过测量电流I和电阻R，便可计算得到电压U。

在对电学参量进行测量的过程中，测试结果都会受到各种因素（如温湿度条件、电磁场影响、测试方法、测试仪器等）的影响，从而产生一定的测量误差，测量误差包括了系统误差和随机误差两类，系统误差可以通过改进测试手段及方法来减小（例如测量电阻时，可通过四端接法来减小导线引入的误差），随机误差可通过多次测量求取平均（采用统计的方法）来减小。

例如在图1所示的电流测量回路中，通过间接测量的方法来测量回路中的电流，即通过测量得到了标准工频电压源Us的值和标准电阻Rs的值，则可通过欧姆定律I=U/R来确定回路电流I的值。但是如果要对回路电流I做精确的测量，就必须充分考虑测试过程中的所有的影响量，尽量消除测试过程中的测量误差（系统误差和随机误差），减小测量误差通常有主要两种方法：

（1）减小测试回路中导线及其他相关器件的阻抗影响。由于任何导线及其他相关器件的均存在一定的阻抗，不可能无限减小，而且有时回路中的某些器件由于其它特殊用途，在阻抗方面不能做进一步优化。所以此种方法在减小测量误差的效果上受一定限制。 

（2）通过仪器测量出回路中导线及其他相关器件的等效电阻R₁、等效电感L₁及等效电容C₁，在计算的过程中减去该部分的影响。由于回路中导线及其他相关器件的等效电阻R₁、电感L₁及电容C₁本身量值很小，要做到对其的准确测量，需要运用准确度及等级要求很高的专用测量仪器。

针对以上类似的问题，本发明提出了一种通过对电路阻抗及电压进行有源补偿的方法，在测量回路中加入本有源补偿器，有效的减小测量过程中的测量误差，实现对相关电学参量的精确测量。

发明内容

本发明的目的在于针对电流、电压、阻抗等电学参量的紧密测量中，运用本发明的有源补偿器方法对测量回路及回路的其他元器件的阻抗或电压进行补偿，有效的减小或消除测量回路及回路中的其他电气元件对测量结果的影响，大大减小测量误差，实现对被测电学参量的精确测量。 

本发明是通过下列技术方案来实现的。

一种用于电参量精密测量的电路阻抗及电压有源补偿器，本发明电压/电阻有源补偿器包括一个运算放大器OP27及保持其处于线性工作状态的两个匹配电阻和线性直流电源；电压/电阻有源补偿器有两个电压输入端和两个电流输出端；运算放大器OP27的反相输入端与被补偿电路的电流输入高端相连；运算放大器OP27的同相输入端与被补偿电路的电流输入低端相连，并接入大地；运算放大器OP27的负向工作电源接入运算放大器-15V线性直流电源，运算放大器OP27的正向工作电源接入运算放大器+15V线性直流电源；运算放大器OP27分别与匹配电阻的一端连接；运算放大器OP27的输出同时接入确保运算放大器正常工作的匹配电阻；匹配电阻的另一端接地；匹配电阻的另一端作为电压/阻抗有源补偿器的电流输出信号的低端，接入测量用双级电流互感器的低端。

本发明具有的有益效果为，对于电流、电压、阻抗等电学参量的紧密测量中，采用在测量回路中加入电压/阻抗有源补偿器的方法，减小或消除测量回路及回路中的其他电气元件对测量结果的影响，确保被测电参量的准确可靠。电压/阻抗有源补偿器主体由运算放大器组成，主要利用运算放大器工作在线性区域输入阻抗高、输出阻抗小，从而可等同于虚短路、虚开路的典型特征，对被测器件以外的其他非被测元件和回路阻抗进行有效的补偿。

下面结合附图及实例进一步阐述本发明内容。

附图说明

图1为一般电流测量回路结构示意图。