[發(fā)明專利]通過補(bǔ)償法測量交流互感的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010156388.6
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101819234A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李正坤;富雅瓊;張鐘華;賀青;趙建亭;李世松;蘭江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量科學(xué)研究院
• 主分類號: G01R29/00
• 分類號: G01R29/00
• 代理公司: 北京市路盛律師事務(wù)所 11326
• 代理人: 章彥奇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器的新技術(shù)，具體而言，涉及一種通過補(bǔ) 償法測量交流互感的裝置和方法。

背景技術(shù)

我國具有豐富的稀土金屬資源，可用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)磁性材料。以前我國的稀土 金屬大多以原材料的形式廉價(jià)出口，國外利用這些材料制成高檔儀器(如醫(yī)用 人體核磁共振成像儀等)再銷售到我國，取得大量利潤。要改變這種情況需要 制作高準(zhǔn)確度的磁測量儀器精密測量磁性材料的特性，使我國也能用自己的稀 土資源生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)磁性材料。磁測量儀器的準(zhǔn)確性需溯源到磁通標(biāo)準(zhǔn)來保證， 所以磁通標(biāo)準(zhǔn)在磁測量領(lǐng)域中是一種最重要的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。在電工學(xué)中，精密 磁通量標(biāo)準(zhǔn)由兩個(gè)線圈的互感來導(dǎo)出。

互感量是電磁測量技術(shù)中的一個(gè)重要量。在交流測量中，互感由于其優(yōu)異的 90度角特性，常被用作交流補(bǔ)償器中的直角分量提供者。在直流測量中，則常 用于提供標(biāo)準(zhǔn)磁通量。此外，互感量測量不確定度的提高對于其它電學(xué)、磁學(xué) 測量問題也有重大價(jià)值。

目前國外文獻(xiàn)上發(fā)表的最精密的建立標(biāo)準(zhǔn)互感量的方法是根據(jù)對互感線圈 的幾何尺寸進(jìn)行測量的結(jié)果計(jì)算出互感量。由于幾何尺寸測量準(zhǔn)確度的限制， 到目前國內(nèi)外互感測量技術(shù)仍然停留在上世紀(jì)七十年代的水平，不確定度保持 在2×10^-6量級，近幾十年來一直沒有新的進(jìn)展。本發(fā)明提出了一種精密測量互 感的新方案，結(jié)合補(bǔ)償器技術(shù)和相敏檢波技術(shù)，把互感量值溯源到頻率和電阻 的測量。頻率測量的不確定為10^-14量級，量子化霍爾電阻基準(zhǔn)的不確定度也可 達(dá)10^-9量級。因此本發(fā)明提出的新方案從原理上就優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)有方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種通過補(bǔ)償法測 量交流互感的裝置，其特征在于，所述裝置包括多路信號發(fā)生器、恒流源、數(shù) 字鎖相放大器和開關(guān)，所述多路信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)電壓補(bǔ)償電壓和參 考電壓激勵(lì)電壓是恒流源的參考電壓，補(bǔ)償電壓與激勵(lì)電壓的頻率、 幅值和初始相位相同，參考電壓是與激勵(lì)電壓和補(bǔ)償電壓同頻的方波信 號，所述恒流源包括激勵(lì)電壓運(yùn)算放大器、緩沖器和采樣電阻R_S，所述數(shù) 字鎖相放大器用作電橋指零儀，在測量交流互感的過程中，在調(diào)節(jié)激勵(lì)電壓的幅值和相位、所述多路信號發(fā)生器的頻率ω和補(bǔ)償電壓的相位使所述電 橋指零儀實(shí)現(xiàn)指零之后，通過對所述頻率ω和所述參考電阻R_S進(jìn)行測量，從 而獲得交流互感的測量值M。

優(yōu)選地，所述測量值M等于所述頻率ω和所述參考電阻R_S的數(shù)值之比。

優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的上述裝置中，由同一個(gè)晶振提供時(shí)鐘參考，并由 同一個(gè)電壓基準(zhǔn)提供電壓參考。

優(yōu)選地，所述多路信號發(fā)生器包括波形存儲器，所述波形存儲器中保存有波 形的幅值信息。

優(yōu)選地，使用低頻交流信號為所述恒流源提供激勵(lì)，并用所述恒流源為互感 提供電流。

根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種通過補(bǔ)償法測量交流互感的方法，其特 征在于，所述方法利用多路信號發(fā)生器、恒流源、數(shù)字鎖相放大器、開關(guān)和參 考電阻R_S實(shí)現(xiàn)針對交流互感的測量，所述方法包括步驟：所述多路信號發(fā)生器 產(chǎn)生激勵(lì)電壓補(bǔ)償電壓和參考電壓激勵(lì)電壓是恒流源的參考電壓， 補(bǔ)償電壓與激勵(lì)電壓的頻率、幅值和初始相位相同，參考電壓是與激勵(lì) 電壓和補(bǔ)償電壓同頻的方波信號；調(diào)節(jié)激勵(lì)電壓的幅值和相位，使得用 作電橋指零儀的所述數(shù)字鎖相放大器指零；調(diào)節(jié)所述多路信號發(fā)生器的頻率ω 和補(bǔ)償電壓的相位使所述電橋指零儀實(shí)現(xiàn)指零；通過對所述頻率ω和所 述參考電阻R_S進(jìn)行測量，獲得交流互感的測量值M。

優(yōu)選地，所述測量值M等于所述頻率ω和所述參考電阻R_S的數(shù)值之比。

優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的上述裝置中，由同一個(gè)晶振提供時(shí)鐘參考，并由同 一個(gè)電壓基準(zhǔn)提供電壓參考。

優(yōu)選地，所述多路信號發(fā)生器包括波形存儲器，所述波形存儲器中保存有波 形的幅值信息。

優(yōu)選地，使用低頻交流信號為所述恒流源提供激勵(lì)，并用所述恒流源為互感 提供電流。