[发明专利]一种交流阻抗电桥

说明书

技术领域

本发明属于电学计量领域，具体涉及一种高准确度电流互感器式交流阻抗电桥以及用该电桥校准电阻的方法。

背景技术

电学计量领域对于交流低值电阻的校准具有明确的需求，主要有四个方面，一、交流电流的测量方法是被测电流通过分流器(取样电阻)产生交流电压，由交流电压与分流器电阻的比值换算出交流电流值，随着被测电流的增大，分流器电阻的量值变小，其频率变差也应很小，需通过校准确定其量值，即需要对低值电阻在交流条件下校准；二、交流功率的测量基础是要得到交流电压和交流电流的量值，交流电流的准确测量依赖于交流低值电阻的校准，由于交流功率分为有功功率和无功功率，分流器电阻的虚部分量附加产生无功功率，因此需要通过校准确定分流器电阻的虚部分量，即低值电阻还需要校准虚部分量；三、脉冲电流的测量也通常是将其通过分流器电阻转换为电压后由示波器测得，其中的关键就是分流器电阻虚部分量引入的延时要小，同样需要通过校准得到分流器电阻的时间常数；四、RLC测量仪低值电阻量程的校准需要已知实部分量和虚部分量的交流标准电阻。但是，交流低值电阻的校准是电学计量领域的难题，问题之一是由于交流低值电阻校准过程中的电流较大，因此通常采用电流互感器式交流阻抗电桥，但在测量过程中指零仪的共模干扰和泄漏及电流互感器的匝间泄漏电流使得交流阻抗电桥的测量准确度较低，难以满足高准确度的校准要求，成为制约交流低值电阻量值溯源的瓶颈。

参见图1，其为一种现有交流阻抗电桥电路，电路上串接电流互感器CTo的一次侧以及被测电阻Rx，电流互感器的二次侧连接一标准电阻Ro，标准电阻Ro和被测电阻Rx在电桥中的高端之间连接微伏表(例如采用锁相放大器原理)，Ro和Rx在电桥中的低端相连，并且接地。其中Ro与Rx的比值与标准电流互感器CTo的变流比相等。

工作时，电路中有电流通过，从而在Ro及Rx的两端形成压差，用微伏表测得Rx和Ro之间的微差电压除以标准电阻Ro上的电压，即可得到Rx的误差。但该电路实现起来有两个很难克服的困难：

1、图中微伏表有1V的浮地电压，测量精度要达到10^-6量级，对微伏表的共模抑制比要求10^-7量级，同时微伏表自身的泄漏电流应很小，目前国际上还找不到这种指标的微伏表。

2、电流互感器CTo一次侧A、B两端都有电压，一次侧绕组和二次侧绕组、地间的寄生电容会引入误差，而且这个引入误差又随被测电阻阻值和电流变化，因此CTo制作和校准很困难。

图2是第二种现有交流阻抗电桥电路，其与图1不同在于被测电阻Rx和标准电阻Ro的在电桥中高电位端短接，Rx在电桥中的低电位端接地，微伏表连接在Ro和Rx在电桥中的低电位端之间。通过测量Rx和Ro左端之间的微小压差，并与Ro上的电压相比可以得到Rx的误差。

该克服了微伏表有浮地电压的问题，但没有解决CTo一次绕组有电压的问题。由于互感器二次绕组没有接地点，系统的抗干扰性能较差，不适合做高等级量传使用

图3是另一种现有交流阻抗电桥电路，该电路与图2电路的不同点在于，被测电阻Rx的在电桥中的低电位端不接地，而是由标准电阻Ro在电桥中的低电位端接地。其中电流互感器CTo二次侧接地，而微伏表没有接地，该传递电路解决了CTo一次绕组电压问题，但没有解决微伏表浮地电压问题。

此外，图中I₁＝I₂+I_d，由于泄漏电流I_d的存在，I₁不等于I₂，即流过CTo一次绕组和被测电阻的电流不相等，相当于流过Rx和Ro的电流不相等。需要更复杂的方法监测并调整线路使I_d＝0，才能实现测量。

总结以上，围绕现有的测试原理有四个问题需要注意和克服：

1、微伏表浮地电压的共模抑制和泄漏问题

2、互感器一次绕组电压引入寄生电容误差

3、互感器二次绕组没有接地点引起的测试稳定性问题地线中电流不能影响误差

发明内容