【摘要】：研制的基于磁感應(yīng)原理的自積分式?jīng)_擊電流測(cè)量系統(tǒng)可以用于在變電站或高壓試驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量雷電或操作沖擊電流,針對(duì)沖擊電流幅值高、頻譜寬的特點(diǎn),需要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性和刻度因數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)。為此分析了測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理,提出了基于階躍響應(yīng)的校準(zhǔn)方法,自行設(shè)計(jì)搭建了校準(zhǔn)試驗(yàn)平臺(tái),分析了A類和B類測(cè)量不確定度,完成了測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)結(jié)果為:測(cè)量系統(tǒng)低頻截止頻率最佳估計(jì)值為0.952 Hz,擴(kuò)展不確定度為0.025 Hz,有效自由度為9;高頻截止頻率最佳估計(jì)值為14.09 MHz,擴(kuò)展不確定度為0.17 MHz,有效自由度為10;刻度因數(shù)最佳估計(jì)值為10.1 m V/A,擴(kuò)展不確定度為0.18 m V/A,有效自由度為36�？梢�(jiàn),該測(cè)量系統(tǒng)可以滿足沖擊電流測(cè)量要求。
【圖文】：

韉緦韃飭康牧己醚≡?[11-13]。本文針對(duì)研制的基于磁感應(yīng)原理的自積分式?jīng)_擊電流測(cè)量系統(tǒng)，首先分析測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理；然后提出適合的校準(zhǔn)方法，分別校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的高頻截止頻率、低頻截止頻率和刻度因數(shù)；最后搭建校準(zhǔn)試驗(yàn)平臺(tái)，分析測(cè)量的A類和B類不確定度，完成對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。1測(cè)量原理研制的沖擊電流測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成包括電流傳感器、采集記錄單元、信號(hào)傳輸單元和抗電磁干擾裝置等部分，其中電流傳感器為基于磁感應(yīng)原理的自積分式羅氏線圈，主要由磁芯、二次線圈、終端電阻和屏蔽外殼4個(gè)部分組成。圖1為系統(tǒng)的測(cè)量原理示意圖，r為電流傳感器的終端電阻；0R為采集記錄單元的輸入電阻；U為采集記錄單元的測(cè)量電壓；pi為待測(cè)電流，即一次回路電流；si為pi產(chǎn)生的磁場(chǎng)H在二次線圈中的感應(yīng)電流；l為線圈中磁場(chǎng)的積分路徑長(zhǎng)度。測(cè)量系統(tǒng)滿足sspdi/dt+iR/L=(1/n)di/dt(1)式中：00R=rR/(r+R)；n為二次線圈纏繞鐵芯匝數(shù)；L為二次線圈電感。由式(1)可見(jiàn)，對(duì)于有鐵芯的線圈，R/L數(shù)值很小，在待測(cè)電流pi頻率較高時(shí)，siR/L可忽略，那么si和pi即為線性關(guān)系，系數(shù)為1/n，所以被稱為自積分式。如果把siR/L當(dāng)作誤差項(xiàng)，那么待測(cè)電流pi頻率越低，誤差項(xiàng)的比重越大，因此測(cè)量系統(tǒng)存在1個(gè)低頻截止頻率；當(dāng)頻率非常高時(shí)，二次線圈內(nèi)部的雜散電容等因素不能忽略，測(cè)量系統(tǒng)也存在1個(gè)高頻截止頻率。對(duì)式(1)進(jìn)行拉普拉斯變換，可得spi(s)=(s/n)(i(s)/(s+a))(2)式中：a=R/L；si(s)、pi(s)分別為si(t)、pi(t)的拉普拉斯變換。因此測(cè)量系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào)為p()()RsUsisnsa=+(3)測(cè)量系統(tǒng)中的電阻r=50，以實(shí)現(xiàn)與傳輸電纜的阻抗匹?

應(yīng)的上升時(shí)間來(lái)計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)的高頻截止頻率[15-16]。設(shè)輸入信號(hào)為理想階躍信號(hào)，上升時(shí)間為0。當(dāng)輸出是參數(shù)為α的指數(shù)增長(zhǎng)階躍時(shí)，輸出信號(hào)為0,0()1e,0,0ttettαα<=≥>(6)其10%～90%上升時(shí)間為r1t=ln9/α，測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性為H(jω)=F(e′(t))=α/(α+jω)(7)式中：e(t)′為e(t)的導(dǎo)數(shù)；F(i)為Fourier變換函數(shù)。測(cè)量系統(tǒng)的3dB高頻截止頻率為high-cutoffr1r1f=α/2π=ln9/2πt≈0.35/t(8)3測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)3.1低頻截止頻率校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的低頻截止頻率校準(zhǔn)如圖2所示，校準(zhǔn)系統(tǒng)由方波信號(hào)源、無(wú)感精密電阻和示波器等組成。方波信號(hào)源采用泰克任意函數(shù)發(fā)生器AFG3251，示波器采用橫河示波器DLM2054，，無(wú)感精密電阻采用DLM2054的50輸入電阻。由方波信號(hào)源、示波器的50輸入電阻形成一次回路得到待測(cè)電流pi。試驗(yàn)布置如下：方波信號(hào)源由同軸電纜引出，經(jīng)分流設(shè)備將電纜芯線和屏蔽層分開，屏蔽層與金屬框架連接，芯線經(jīng)過(guò)電流傳感器并密繞數(shù)匝，然后芯線與屏蔽層再經(jīng)同軸電纜連接至示波器，示波器的輸入阻抗設(shè)為50，通過(guò)測(cè)量該輸入阻抗的電壓U1波形來(lái)獲得輸入電流波形。通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓U2波形的衰減速度來(lái)獲得測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，從而計(jì)算其低頻截止頻率。圖3為輸入信號(hào)源的波形和測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓的波形，其中測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓為折算到傳感器只纏繞1匝時(shí)的電壓�？梢�(jiàn)，當(dāng)輸入信號(hào)源為0.5Hz方波時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓的波前時(shí)間具有很大的過(guò)沖，而后是0.6s左右的穩(wěn)定輸出，最后是指數(shù)衰減，在1s時(shí)間內(nèi)衰減至0；而當(dāng)輸入信號(hào)源為1Hz方波時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)輸出電壓的波前過(guò)沖很小，而后的0.5s時(shí)間內(nèi)輸出穩(wěn)定。2種情況過(guò)沖的不同可由式(1)來(lái)解釋，在輸入方波?


本文編號(hào)：2580638