本发明专利技术为一种采用补偿器技术精密测量交流互感量的新方法。把互感量值溯源到电阻量值和频率的测量，两者的测量不确定度均可达到１０－９量级甚至更高，因此测量互感的不确定度至少可达到１０－８量级。目前国外文献上发表的最精密的得到标准互感量的方法是“计算互感法”，即根据对互感线圈的几何尺寸的测量结果计算出互感量。由于几何尺寸测量准确度的限制，国外方法的不确定度只能达到１０－６量级。本发明专利技术采用直接数字合成技术生成多路交流信号，保证了信号的直角性。采用恒流源为互感提供激励，保证了互感和采样电阻中流过的电流始终相同。激励信号电压的变化对测量过程不产生影响。使用基于相敏检波技术的锁相放大器作为指令仪，只对与工作频率相等的信号起作用，消除了噪声、谐波的影响，指零仪分辨率可到１×１０－８。本发明专利技术提出的新方法可比国外现有方法提高十倍。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种建立计量标准仪器的新技术，具体而言，涉及一种通过补偿法测 量交流互感的装置和方法。
技术介绍
我国具有丰富的稀土金属资源，可用于生产优质磁性材料。以前我国的稀土金属 大多以原材料的形式廉价出口，国外利用这些材料制成高档仪器(如医用人体核磁共振成 像仪等)再销售到我国，取得大量利润。要改变这种情况需要制作高准确度的磁测量仪器 精密测量磁性材料的特性，使我国也能用自己的稀土资源生产出优质磁性材料。磁测量仪 器的准确性需溯源到磁通标准来保证，所以磁通标准在磁测量领域中是一种最重要的基础 性标准。在电工学中，精密磁通量标准由两个线圈的互感来导出。 互感量是电磁测量技术中的一个重要量。在交流测量中，互感由于其优异的90度 角特性，常被用作交流补偿器中的直角分量提供者。在直流测量中，则常用于提供标准磁通 量。此外，互感量测量不确定度的提高对于其它电学、磁学测量问题也有重大价值。目前国外文献上发表的最精密的建立标准互感量的方法是根据对互感线圈的几 何尺寸进行测量的结果计算出互感量。由于几何尺寸测量准确度的限制，到目前国内外互 感测量技术仍然停留在上世纪七十年代的水平，不确定度保持在2X10—6量级，近几十年来 一直没有新的进展。本专利技术提出了一种精密测量互感的新方案，结合补偿器技术和相敏检 波技术，把互感量值溯源到频率和电阻的测量。频率测量的不确定为10_14量级，量子化霍 尔电阻基准的不确定度也可达10_9量级。因此本专利技术提出的新方案从原理上就优于国内外 现有方案。
技术实现思路
为了实现上述专利技术目的，根据本专利技术的第一个方面，提供一种通过补偿法测量交 流互感的装置，其特征在于，所述装置包括多路信号发生器、恒流源、数字锁相放大器和开关，所述多路信号发生器产生激励电压许、补偿电压$和参考电压烤，激励电压$是恒流源 的参考电压，补偿电压涛与激励电压碑的频率、幅值和初始相位相同，参考电压湾是与激励 电压_和补偿电压_同频的方波信号，所述恒流源包括激励电压碎、运算放大器、缓冲器和 采样电阻Rs，所述数字锁相放大器用作电桥指零仪，在测量交流互感的过程中，在调节激励 电压涛的幅值和相位、所述多路信号发生器的频率ω和补偿电压碑的相位ρ使所述电桥指 零仪实现指零之后，通过对所述频率ω和所述参考电阻Rs进行测量，从而获得交流互感的 测量值Μ。优选地，所述测量值M等于所述频率ω和所述参考电阻Rs的数值之比。优选地，在根据本专利技术的上述装置中，由同一个晶振提供时钟参考，并由同一个电 压基准提供电压参考。优选地，所述多路信号发生器包括波形存储器，所述波形存储器中保存有波形的 幅值信息。优选地，使用低频交流信号为所述恒流源提供激励，并用所述恒流源为互感提供 电流。根据本专利技术的第二个方面，提供一种通过补偿法测量交流互感的方法，其特征在 于，所述方法利用多路信号发生器、恒流源、数字锁相放大器、开关和参考电阻Rs实现针对 交流互感的测量，所述方法包括步骤所述多路信号发生器产生激励电压搏、补偿电压_和参考电压$，激励电压$是恒流源的参考电压，补偿电压与激励电压[^的频率、幅值 和初始相位相同，参考电压瑪是与激励电压辨和补偿电压碑同频的方波信号；调节激励电 压碑的幅值和相位，使得用作电桥指零仪的所述数字锁相放大器指零；调节所述多路信号 发生器的频率ω和补偿电压终的相位P，使所述电桥指零仪实现指零；通过对所述频率ω 和所述参考电阻Rs进行测量，获得交流互感的测量值Μ。优选地，所述测量值M等于所述频率ω和所述参考电阻Rs的数值之比。 优选地，在根据本专利技术的上述装置中，由同一个晶振提供时钟参考，并由同一个电 压基准提供电压参考。优选地，所述多路信号发生器包括波形存储器，所述波形存储器中保存有波形的 幅值信息。优选地，使用低频交流信号为所述恒流源提供激励，并用所述恒流源为互感提供 电流。在根据本专利技术的装置和方法中，采用低频交流测量方案和基于相敏检波器技术的 数字锁相放大器，可把电桥指零仪的分辨率达到1Χ10—8量级。此方法有如下优点既避免 了直流测量时的热电势等问题，又减小了高频状态下趋肤效应、涡流效应等误差源。附图说明图1为的示意图。 具体实施例方式本专利技术采用了直接数字合成技术提供稳定而准确的直角比例，采用完善的四端定 义保证被测阻抗的准确测量。图1示出了根据本专利技术的通过补偿法测量交流互感的装置的 示意图。主要由六个部分组成恒流源，互感线圈Μ、开关S、补偿电压两、锁相放大器和参考 信号烤。恒流源由激励信号碑，运放Amp，缓冲器Buffer和采样电阻Rs组成。为恒流源的参考电压；诱为与碑频率、幅值和初始相位均相等的补偿电压鴻为与蜱、辦同频的方波 信号，用作指零仪的参考信号。这三路信号由一台基于直接数字频率合成技术的多路信号发生器产生。并由同一 个晶振提供时钟参考、同一个电压基准提供电压参考。根据数字频率合成技术的原理，波形 存储器中保存了波形的幅值信息，存储器地址则与波形的相位一一对应，幅值仅与DA的电 压参考相关，相位的变动不影响幅值。通过设定存储器的地址，可以使两和终这两路电源提供准确稳定的直角比例。因此，电源的直角特性得以保证，同时可以看到，由于采用了恒流 源电路，采样电阻Rs的电压引线和电流引线是独立的，保证了被比较阻抗的严格四端定义。互感由原边和副边两个线圈组成，在原边通入电流后，副边感应出电压信号，且相 位转向90度。根据本专利技术的方法包括两个步骤一、将开关S拨到1位置，两与参考电阻Rs上的电压进行比较。对于理想的运 算放大器，应该有两=决=两，但受限于器件实际的开环增益随频率升高而下降的原因，。调节激励电压源的幅值和相位，使指零仪指零，此时有⑴二、将开关S拨到2位置，终与互感副边的输出电压进行比较。由于互感副边的输 出要移相90度左右，因此需要调节频率ω以及瑪的相位ρ约90度左右，使指零仪再次指 零。从前面的介绍中知道，相位的变化不影响幅值。同时，补偿电压两与产生电流的激励电 压碑是共用同一个D/A参考电压，两者的变化是同步的，因此此种变化对比较过程不产生影响。因此有RS(2)<formula>formula see original document page 5</formula>把(1)和(2)代入(3)，就推导出新方案的平衡方程，同时也是互感的计算公式<formula>formula see original document page 5</formula>频率和参考电阻的量值可以通过实时测量的方式得到准确的量值，因此互感量M 也就准确地被确定。同时可以注意到参考电阻Rs是完全按四端钮电阻的接法接入的，消除 了引线问题引起的误差。本专利技术提出的新方案有如下优点1)不需使用阻抗移相网络，直接用数字技术提供准确而稳定的直角比例；2)避免了直流测量时热电势等现象的影响；3)由于是低频测量，减小了高频状态下趋肤效应、涡流效应等问题；4)同时作为指零仪的锁相放大器的相敏检波技术实现了相关测量方法，也是消除 谐波等干扰信号影响的一个重要的利器。测量电路中的运算放大器和功率放大器都需要直流供电，因此将它们和电池组以 及充电装置放在一起，用黄铜箱加以屏蔽。屏蔽箱内还包括了主要的测量线路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过补偿法测量交流互感的装置，其特征在于，所述装置包括多路信号发生器、恒流源、数字锁相放大器和开关，所述多路信号发生器产生激励电压Ｕ↑［＆］↓［１］、补偿电压Ｕ↑［＆］↓［２］和参考电压Ｕ↑［＆］↓［３］，激励电压Ｕ↑［＆］↓［１］是恒流源的参考电压，补偿电压Ｕ↑［＆］↓［２］与激励电压Ｕ↑［＆］↓［１］的频率、幅值和初始相位相同，参考电压Ｕ↑［＆］↓［３］是与激励电压Ｕ↑［＆］↓［１］和补偿电压Ｕ↑［＆］↓［２］同频的方波信号，所述恒流源包括激励电压Ｕ↑［＆］↓［１］、运算放大器、缓冲器和采样电阻Ｒ↓［Ｓ］，所述数字锁相放大器能够用作电桥指零仪，在测量交流互感的过程中，在调节激励电压Ｕ↑［＆］↓［１］的幅值和相位、所述多路信号发生器的频率ω和补偿电压Ｕ↑［＆］↓［２］的相位φ使所述电桥指零仪实现指零之后，通过对所述频率ω和所述参考电阻Ｒ↓［Ｓ］进行测量，从而获得交流互感的测量值Ｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李正坤，富雅琼，张钟华，贺青，赵建亭，李世松，兰江，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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