直流电流传感器的校准系统和校准方法技术方案

本公开提供一种直流电流传感器的校准系统和校准方法。直流电流传感器的校准系统包括：电流源，用于输出被测电流；电流量程扩展器；直流电流比较仪电桥；以及直流电流传感器；其中，所述电流量程扩展器的输入端与所述电流源电连接，所述电流量程扩展器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的参考端电连接；以及所述直流电流传感器的输入端与所述电流源电连接，所述直流电流传感器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的被测端电连接。利用磁通平衡原理，电桥达到平衡的过程及平衡状态时，主、从线圈电流为同时按比例互动平衡状态，测量精度不依赖于电流源和数字电压表的准确度和稳定度，满足未来加速器对于电流超高准确度的校准需求。

【技术实现步骤摘要】
直流电流传感器的校准系统和校准方法
本公开涉及电流传感
，具体而言，涉及一种直流电流传感器的校准系统和校准方法。
技术介绍
直流电流传感器，也就是DCCT(DirectCurrentControlTransducer)，作为加速器高精度稳流电源普遍应用的电流采样元件，直接决定输出电流的准确性。随着加速器束流品质要求越来越高，对束流损失的严格控制，要求单台电源具备10-20ppm(partspermillion，百万分之一)的极高准确度，以保证单台电源的准确电流输出及多台电源之间严格的电流同步。对于DCCT准确度的测量，国内加速器基本采用比对测量方法。以北京正负电子对撞机改造工程BII为例，采取的如图1所示的方法。以高精度大功率电流源作为参考源，被测DCCT的输出与标准DCCT(采购的Hitec公司的TOPACC系列标准产品)的输出进行比对测量。整个测试系统存在如下几个问题，第一是测量所用的电流源，因为被测与标准DCCT之间的测量并不是同时进行，所以受到电流源的噪声及电流纹波的影响；第二受到高精度数字电压表的性能影响，8.5位高精度数字电压表例如FLUKE-8508A，其电压测量的准确度为5-10ppm。第三依赖于标准DCCT的准确度，由于该DCCT未进行校准，所以这种测量受到该DCCT准确度的影响。该系统是一种完全相信电流源的超高精度及标准DCCT的绝对准确度的系统，所以被测DCCT的校准结果只能保证在100ppm的量级。此外，现有技术中的大型强子对撞机LHC(LargeHadronCollider)所采用的方法是基于标准电流源的方法，图2为其DCCT校准系统示意图。该标准电流源通过10V参考级电压基准及1k欧姆参考电阻，产生一个10mA的电流标准。基于磁通平衡原理，通过匝比的精确控制，实现10mA电流到5A的扩展。为了保证电流测量的准确度，所有DCCT为定制产品，即DCCT定制了校准线圈(calibrationwinding)，该校准线圈上通过超高准确度的0-5A电流，产生作为参考标准的满量程安匝数。通过磁铁平衡原理，该参考标准的安匝数等于DCCT输出端的安匝数，即得到了DCCT的理想输出。通过高精度数字万用表DVM(DigitalVoltmeter)，读取DCCT的输出电压值，即可得到该被测值与理想值的差，从而对DCCT进行校准。利用这种方法，电流源的精度及电流扩展的匝比准确度，影响了校准的准确性。但是与BII方法不同，这里的电流源不是大功率稳流源，而是通过参考电压和电阻标准产生的，所以测量的准确度极大提高。但是10mA的电流源设计是个极大的难点。因此，设计一种测量精度不依赖于电流源和数字电压表的准确度和稳定度、具有超高准确度的直流电流传感器的校准系统及方法是目前亟待解决的技术问题。在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种直流电流传感器的校准系统和校准方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分地通过本公开的实践而习得。根据本公开的第一方面，提供一种直流电流传感器的校准系统，包括：电流源，用于输出被测电流；电流量程扩展器；直流电流比较仪电桥；以及直流电流传感器；其中，所述电流量程扩展器的输入端与所述电流源电连接，所述电流量程扩展器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的参考端电连接；以及所述直流电流传感器的输入端与所述电流源电连接，所述直流电流传感器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的被测端电连接。在本公开的一种示例性实施例中，所述电流源为可正负双向输出的电流源。在本公开的一种示例性实施例中，所述电流量程扩展器的输入电流与输出电流的比率系数范围为1000-30000。在本公开的一种示例性实施例中，所述电流量程扩展器的输入电流与输出电流的比率系数为3000或10000。在本公开的一种示例性实施例中，所述直流电流比较仪电桥的参考端电阻为0.1-10K欧姆。在本公开的一种示例性实施例中，所述直流电流比较仪电桥的参考端电阻为1K欧姆。在本公开的一种示例性实施例中，所述直流电流比较仪电桥的被测端线圈匝数与参考端线圈匝数的比率系数范围为0.1-10。在本公开的一种示例性实施例中，所述直流电流比较仪电桥的被测端线圈匝数与参考端线圈匝数的比率系数范围为1。根据本公开的第二方面，提供一种利用前述的校准系统对直流电流传感器进行校准的方法，包括:通过调节所述直流电流比较仪电桥，使得所述直流电流比较仪电桥的参考端与被测端实现电位平衡；根据电位平衡时参考端线圈匝数与被测端线圈匝数的比率系数获得参考端电阻与被测端等效电阻的比率系数，其中所述两者比率系数相同；根据已知的参考端电阻的值与所述比率系数获得被测端等效电阻的值；以及计算被测端等效电阻与所述直流电流传感器等效电阻的偏差值，根据偏差值得到所述直流电流传感器的准确度。在本公开的一种示例性实施例中，所述直流电流传感器等效电阻的值为所述直流电流传感器的取样电阻与所述直流电流传感器的补偿线圈匝数比值。根据本公开的一种实施例的直流电流传感器的校准系统和校准方法，利用磁通平衡原理，电桥达到平衡的过程及平衡状态时，主、从线圈电流为同时按比例互动平衡状态，测量精度不依赖于电流源和数字电压表的准确度和稳定度，克服了传统校准方法由电流源及电压表的性能决定测量精度的局限，可以满足未来加速器对于电流也即是磁场超高准确度的校准需求。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出现有技术中北京正负电子对撞机改造工程BII的加速器电源系统的直流电流传感器所用校准方法的示意图。图2示出现有技术中的大型强子对撞机LHC的加速器电源系统的直流电流传感器所用校准方法的示意图。图3示出本公开示例性实施例中一种直流电流传感器的校准系统框图。图4示出本公开示例性实施例中的零磁通直流电流传感器工作原理示意图。图5示出本公开示例性实施例中一种直流电流传感器的校准方法的流程图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能会夸大层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流电流传感器的校准系统，其特征在于，包括：电流源，用于输出被测电流；电流量程扩展器；直流电流比较仪电桥；以及直流电流传感器；其中，所述电流量程扩展器的输入端与所述电流源电连接，所述电流量程扩展器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的参考端电连接；以及所述直流电流传感器的输入端与所述电流源电连接，所述直流电流传感器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的被测端电连接。

【技术特征摘要】
1.一种直流电流传感器的校准系统，其特征在于，包括：电流源，用于输出被测电流；电流量程扩展器；直流电流比较仪电桥；以及直流电流传感器；其中，所述电流量程扩展器的输入端与所述电流源电连接，所述电流量程扩展器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的参考端电连接；以及所述直流电流传感器的输入端与所述电流源电连接，所述直流电流传感器的输出端与所述直流电流比较仪电桥的被测端电连接。2.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述电流源为可正负双向输出的电流源。3.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述电流量程扩展器的输入电流与输出电流的比率系数范围为1000-30000。4.根据权利要求3所述的校准系统，其特征在于，所述电流量程扩展器的输入电流与输出电流的比率系数为3000或10000。5.根据权利要求4所述的校准系统，其特征在于，所述直流电流比较仪电桥的参考端电阻为0.1-10K欧姆。6.根据权利要求5所述的校准系统，其特征在于，所述直流电流比较仪电桥的参考端电...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙锋利，韩超，侯振华，陈斌，程建，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11