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DCC电桥测量原理

最近更新时间:2020-05-26 19:57:06

本文提出的基于DCC电桥的方法,将针对高精度电流传感器进行校准,提高DCCT 的测试精度.DCCT用于测量电流,实现大电流到小电流的转换,并通过采样电阻实现大电流到低电压的转换,此时其可等效为1个电阻.将DCCT等效为电阻,是该方法的理论基础.根据磁通平衡原理,通过调节电桥初级、次级回路中的绕组匝数比实现对电阻的校准.

DCC是一种能以高准确度测定两个电流之间比值的非直接式测量仪器,它根据一个铁芯上的两个极性相反的绕组间达到安匝数相等时,铁芯中感应不出磁通这一原理而工作.如图1所示,当初级绕组中通以恒定电流,基于安匝平衡原理,次级绕组中的电流可根据绕组匝数来调节.当次级绕组电流流经一未知电阻时,初级线圈中的标准电阻产生的电压与次级绕组电阻两端的电压进行比较.在适当的电路常数下,当调节匝比使检流计为0时,知电阻的阻值便由初次级绕组的匝数比和标准电阻给出.因电压调节是通过改变铁芯上的绕组匝数来完成的,故误差极小且稳定,同时避免了因调节电阻电位差计而产生的接触电阻与热电动势等问题.

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图1 DCC电桥测量原理图

Fig.1 SchematicdiagramofDCCbridgemeasurement

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其中:Is Ix 分别为初级和次级绕组线圈电流;Ns Nx 分别为初级和次级绕组线圈匝数;Rs 为参考电阻;Rx 为被测电阻.

可正负双向输出的大功率电流源,其输出作为被测DCCT的被测电流,并将该电流接至电流缩比器.电流缩比器的作用是实现电流与线圈匝数的等比例缩小.DCCT所需的被测电流经过等比例缩小,将大电流缩小至DCC电桥的最优工作电流.电流缩比器的输出电流直接接入电桥Rs 输入端.DCCT 输出端接至电桥Rx 输入端.电桥内部通过DCC 线圈调节,使得Rs 端与Rx 端实现电位平衡,获得被测端Rx与参考端Rs 的比值,进而计算被测端等效电阻.DCCT校准系统原理如图2所示.

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图2 DCCT校准系统原理

Fig.2 DCCTcalibrationsystemprinciple

基于测量原理,系统电桥达到平衡的过程及平衡状态时,主、从电流为同时按比例互动平衡状态,因此系统精度不依赖电流准确度和稳定度.同时为了克服热电势等的影响,电流源采用独立一体式换向结构,有效实现大电流整体1次性换向且要求电流换向稳定可靠.校准系统采用商用标准电桥,且电桥的比率范围内精度可优于0.05ppm.根据图2,可得到电流缩比器的固定匝比,该部分采用两级量程缩比,实现从0~400A 范围内的电流缩小至电桥可接受的电流范围内,而量程扩展器的原理与DCCT实现零磁通的原理类似,其匝比准确度为0.ppm,对于参考电阻,目前国际上最标准的匝比准确度可达到0.ppm 甚至更低的水平.从系统需求分析,本系统选择1ppm 准确度的低温漂参考电阻,且该电阻通过中国计量科学研究院标定校准后的准确度指标优于1ppm.因此,从整个系统各关键部件考虑,系统测量的相对不确定度优于1.ppm.


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