涪陵區(qū)工程檢測(cè)尺檢測(cè)中心

10kA強(qiáng)直流電流標(biāo)準(zhǔn)源的研制
直流電廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、高鐵機(jī)車等重要行業(yè)。在核能、金屬電解、高能物理等科學(xué)研究中。需要幾千安培甚至更多。目前，大DC電流的測(cè)量方法包括分流法、直流變壓器法、電流比較儀法、霍爾電流傳感器法和其他磁法。大DC電流測(cè)量的精度將直接影響DC能量的測(cè)量。
在中國(guó)，DC電力的流量值傳輸系統(tǒng)還沒有建立，談不上高效節(jié)能。本文提出的強(qiáng)DC電流標(biāo)準(zhǔn)源*電流輸出容量為10 kA，年變化率為100 ppm/a，其核心由高穩(wěn)定度調(diào)節(jié)器和寬帶電流比較器組成，短期穩(wěn)定性達(dá)到10 ppm/min。為建立大DC電流測(cè)量值傳遞系統(tǒng)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。

1.10 kA強(qiáng)DC電流標(biāo)準(zhǔn)源
1.1儀器校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)源的主要特征
(1)標(biāo)準(zhǔn)源由計(jì)算機(jī)軟件、操作臺(tái)、18路600 A電流源、電壓測(cè)量模塊等組成。*輸出為10 kA，可連續(xù)調(diào)節(jié)，*輸出電壓為4 v。
(2)18個(gè)獨(dú)立電流源：18個(gè)獨(dú)立電流源可以獨(dú)立控制，系統(tǒng)架構(gòu)靈活。電流輸出范圍：0 ~ 600 A；輸出穩(wěn)定性：0.002%/min；年精度：0.005%，調(diào)整精度：0.005%。
(3)多開關(guān)電源并聯(lián)的分布式電源系統(tǒng)具有輸出容量大、效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是保證大電流輸出的主要因素。采用的開關(guān)電源既能滿足EN/UL60601等安全標(biāo)準(zhǔn)的要求(包括低漏電流和增強(qiáng)隔離的要求)，又能滿足電磁干擾(EMI)的B級(jí)要求。輸出功率可保證達(dá)到*額定功率的50%。
(4)可靠的保護(hù)系統(tǒng)。具有全面的過(guò)壓、過(guò)流和電流開路保護(hù)系統(tǒng)。如果其中一個(gè)電流源出現(xiàn)故障，不會(huì)影響其他電流源的正常工作。
1.2 10 kA 標(biāo)準(zhǔn)源
主要特點(diǎn)介紹：
（1）計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)軟件：通過(guò) RS232 與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、報(bào)表打印、數(shù)據(jù)保存等。
（2）操作臺(tái)：是硬件裝置同計(jì)算機(jī)通訊的橋梁。它既可以連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)檢定，也可以脫離計(jì)算機(jī)軟件單獨(dú)控制硬件進(jìn)行半自動(dòng)檢定。
（3）18 路電流源：是整套系統(tǒng)的核心。由32位微處理器、EEPROM、FPGA、開關(guān)電源、PWM、驅(qū)動(dòng)及功放模塊、電流比較儀、A/D及D/A、各類通訊接口、按鍵、報(bào)警、電源模塊等組成。
（4）匯流排：起到匯流母線作用。由較厚的銅板制作而成，散熱快，可承受順時(shí)大電流。
2. 600 A 電流源
單臺(tái)電流源的精度是保證整套裝置作為大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。下文將分析單臺(tái) 600 A 電流源的原理及技術(shù)難點(diǎn)。

2.1 工作原理
（1）電源部分：220 V 市電一方面通過(guò)變壓器變成直流電壓給整個(gè)系統(tǒng)供電。另一方面進(jìn)行整形濾波變成直流大電源，再通過(guò) PWM 進(jìn)行脈沖調(diào)制輸出。
（2）直流電流輸出控制：32 位微處理器接收到操作臺(tái)命令后，通過(guò) SPI 通信接口傳送至 FPGA，F(xiàn)PGA 再控制 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)化器輸出一個(gè)電壓基準(zhǔn)信號(hào)傳送至積分器，此信號(hào)與反饋信號(hào)傳送至積分器經(jīng)過(guò)時(shí)間τ輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)控制脈寬調(diào)制器 PWM 生成方波信號(hào)的幅值，方波信號(hào)通過(guò)功率放大器后驅(qū)動(dòng)電流功放模塊輸出直流大電流，電流經(jīng)濾波后，流經(jīng)寬頻直流比較儀。寬頻比較儀將該大電流按設(shè)計(jì)好的比例標(biāo)準(zhǔn)二次轉(zhuǎn)換成小電流，該小電流通過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路變成電壓信號(hào)。此電壓信號(hào)一方面進(jìn)入反饋電路反饋至積分器，從而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，另一方面進(jìn)入 AD 采樣電路，記錄當(dāng)前實(shí)際輸出值。系統(tǒng)平衡建立的時(shí)間不超過(guò) 1 μs。
2.2 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案
本系統(tǒng)中難點(diǎn)在于大電流的測(cè)量，大電流測(cè)量精度直接影響到電流源的精度。本系統(tǒng)采用*直流比較儀測(cè)量電流，能夠快速反饋電流變化。建立磁平衡的時(shí)間不超過(guò) 1 μs。而直流比較儀存在磁性和容性兩種誤差。磁性誤差是由鐵心磁導(dǎo)率不均勻、磁特性的非線性、鐵心截面不一致、原副繞組分布不均勻以及外界雜散磁場(chǎng)的影響引起的。可以采用高磁通密度材料制成的主磁屏蔽和高磁導(dǎo)率材料制成的內(nèi)屏蔽，將誤差減小至 1×10-8。容性誤差是由于繞組線匝之間、繞組與繞組之間以及繞組對(duì)地之間存在寄生電容和電位差使得它們之間產(chǎn)生相應(yīng)的漏電流引起的。可以采用靜電屏蔽減小誤差。對(duì)于測(cè)量線路誤差，主要是減少補(bǔ)償繞組漏阻，補(bǔ)償繞組選用截面較大的銅絕緣導(dǎo)線繞組，減少對(duì)補(bǔ)償繞組電流測(cè)量的影響。寬頻直流比較儀由雙鐵芯疊加繞線而成。IP 為直流大電流，W1為激勵(lì)繞組，W2 為檢測(cè)繞組，W3 為補(bǔ)償繞組。其中鐵芯 A 由高導(dǎo)磁率軟磁材料制作，鐵芯 B 由低導(dǎo)磁率鐵氧體材料制作。實(shí)現(xiàn)原理：激勵(lì)源激勵(lì)鐵芯 A 和 B，W2繞組檢測(cè)信號(hào)通過(guò)二次諧波帶通濾波電路，檢測(cè)二次諧波信號(hào)。通過(guò)解調(diào)器得到直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大器將信號(hào)放大，來(lái)控制伺服電流源輸出電流至 W3 補(bǔ)償繞組，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整使得使得鐵芯1和鐵芯2達(dá)到磁平衡狀態(tài)。系統(tǒng)平衡建立的時(shí)間不超過(guò) 1 μs。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻 R 進(jìn)行電流采樣，測(cè)試得到 U，計(jì)算出補(bǔ)償繞組電流，根據(jù)繞組匝數(shù)比計(jì)算出 IP 值。同時(shí)此信號(hào)可作為報(bào)警信號(hào)等狀態(tài)信號(hào)。
U = N×IP
式中：N為比例常數(shù)

世通檢測(cè)熱工實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)溫度、濕度、環(huán)境試驗(yàn)的*計(jì)量工作;熱工實(shí)驗(yàn)室是本公司成立*室之一，配備國(guó)內(nèi)外*的標(biāo)準(zhǔn)溫度設(shè)備，如FLUKE精密過(guò)程校驗(yàn)儀、熱電偶檢定爐、精密多路溫濕度巡檢儀、高穩(wěn)定性恒溫恒濕檢定箱、標(biāo)定級(jí)恒溫槽、自校準(zhǔn)式高精度鉑金溫度計(jì)、熱工輻射源等等;由于長(zhǎng)期對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及校準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員均具有豐富的設(shè)備調(diào)試工作經(jīng)驗(yàn)。

可提供儀器校準(zhǔn)、儀器校正、儀器計(jì)量及維修服務(wù)的儀器設(shè)備種類有:

溫度儀表:
標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、紅外輻射溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、電接點(diǎn)溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、表面溫度計(jì)、半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)、二等鉑銠10一鉑熱電偶、各種工作用熱電偶、工業(yè)鉑銅熱電阻、標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽、管式校驗(yàn)爐、干并式校驗(yàn)爐、溫度校驗(yàn)儀、表面溫度源、各類數(shù)字溫度計(jì)、數(shù)顯溫度表、數(shù)據(jù)采集器、溫度巡檢儀、烙鐵測(cè)溫儀、溫度傳感器、溫度變送器、溫度指示調(diào)節(jié)儀、溫度指示控制儀、溫度在線儀器儀表、各類集成儀器的溫度參數(shù)等。

環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備:
恒溫箱、恒溫恒濕箱(房)、各類培養(yǎng)箱、干燥箱、養(yǎng)護(hù)箱(室)、烘箱、冰箱、老化箱(房)、快煮箱、鹽霧試驗(yàn)箱、交變?cè)囼?yàn)箱、高低溫沖擊試驗(yàn)機(jī)、氣候(環(huán)境)試驗(yàn)機(jī)、濕熱試驗(yàn)機(jī)、滅菌器、水浴設(shè)備、崩解儀、溶出儀、消化爐、電阻(馬福)爐、熱處理爐、灼熱絲試驗(yàn)儀、燃燒試驗(yàn)儀、溫度隧道、回流(波峰)焊機(jī)、加熱罐、注塑機(jī)等。

濕度儀表:
各類濕度計(jì)、溫濕度傳感器、干濕表、濕度變送器、濕度記錄儀、濕度發(fā)生器、木材含水率儀、紙張含水率儀等ajuan41562。