[發明專利]用于脈沖大電流源測量的羅氏線圈高精度校準方法及設備

在審

• 申請號: 201911058595.5
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN111157936A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 鐘征宇;劉青;潘曉;賈昆
• 申請（專利權）人: 西安航通測控技術有限責任公司
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;G01R15/18
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所(普通合伙) 34113
• 代理人: 楊晉弘

1.一種用于脈沖大電流源測量的羅氏線圈高精度校準方法，其特征在于，步驟如下：

S1、搭建可調節百A級精密電流測試源：

通過信號發生器、精密功率放大器組成大功率精密電流發生源，同時采用低溫漂精密電阻作為負載電阻，搭建精密電流測試源，信號發生器的輸出通道接入至精密功率放大器的信號輸入接口，精密功率放大器的輸出端子與負載電阻陣列并聯，通過調節信號發生器的信號類型、幅值大小以及精密功率放大器的比例大小改變流過負載電流的信號類型、幅值特性以及頻率特性，為羅氏線圈的線性度校準和頻率校準提供測試源；在電流回路上繞制多匝線圈并穿過羅氏線圈，將流過羅氏線圈內部的最大原邊電流提高至500A，羅氏線圈感應電流如下：

其中，I_總為流過羅氏線圈總原邊電流；N為線圈匝數；V為負載電阻兩端電壓；R為負載電阻；

根據出廠刻度因子K可得到輸出幅值：

S2、搭建羅氏線圈刻度因子校準測試系統：

校準測試系統包括被測羅氏線圈、百A級精密電流測試源、功能數字萬用表、高精度數據采集卡、上位機和采集分析軟件模塊；其中，功能數字萬用表探頭分別放置在負載電阻兩端，用于測量電流測試源負載電阻兩端電壓和兩端電阻，得到流過負載電阻電流；根據線圈匝數可計算流過羅氏線圈的實際電流；高精度數據采集卡、上位機和采集分析軟件模塊組成羅氏線圈輸出電壓測試單元，實時采集輸出電壓幅值；根據刻度因子計算公式：K＝I_in/V_out可計算出刻度因子值；其中，I_in為原邊電流，V_out為羅氏線圈輸出電壓；

S3、羅氏線圈刻度因子電流幅值校準：

設定信號發生器輸入波形和輸入頻率，改變功率放大器比例系數調節原邊輸入電流大小，在不同的比例系數條件下利用校準測試系統測量多組負載電壓、負載電阻以及羅氏線圈輸出電壓并求均值；其中，負載電壓均值為負載電阻均值為羅氏線圈輸出電壓均值為

根據原邊電流計算公式可得到不同放大倍數條件下的實際原邊電流均值：根據K＝I_in/Vo_ut可計算出不同電流條件下的刻度因子均值：

對所測得以及進行線性擬合得到刻度因子和電流幅值變化之間的關系：并求出擬合直線線性度δ，δ在3‰以內，則表明電流幅值變化對刻度因子的影響較小，采用小電流發生源外推大電流條件下的刻度因子的方法具有可行性；

S4、羅氏線圈線刻度因子頻率校準：

將正弦波作為信號輸入，放大器倍數設為固定，等間隔改變正弦波輸入頻率，并根據S3中類似手段測量不同頻率條件下的刻度因子均值；同時，根據和對應的f＝[f₁，f₂,f₃,…f_n]進行曲線擬合，得到刻度因子和電流頻率變化之間的關系：

S5、羅氏線圈線刻度因子校準后驗證：

通過隨機改變正弦波輸入頻率，并測量流過羅氏線圈的實際電流值I_總i以及羅氏線圈輸出的電壓值利用輸入信號的頻率帶入頻率擬合曲線求解理論刻度因子K_i＝F(f_i)，測量的電流值為并計算相對誤差γ：

校準后標稱為1％精度羅氏線圈在不同頻率條件下的測量誤差優于5‰則滿足校準要求。

2.根據權利要求1所述的用于脈沖大電流源測量的羅氏線圈高精度校準方法，其特征在于，步驟S1中，為保證流過負載電阻的電流和電壓在額定范圍內，低溫漂精密電阻采用25個60Ω大功率鋁殼電阻進行并聯，將總電阻值控制在3Ω，最大允許流過的電流為15A；鋁殼電阻自身具備散熱作用，同時在并聯鋁殼電阻放置在大規模散熱銅片上，避免電阻溫度過高。

3.根據權利要求1所述的用于脈沖大電流源測量的羅氏線圈高精度校準方法，其特征在于，步驟S2中，所述功能數字萬用表為八位半高精度數子萬用表；所述高精度數據采集卡為16位數據采集卡，用于降低測量儀器的誤差并保障測量正弦波的均值電壓和負載電阻的準確度。