多通道耦合偏置式磁比较仪制造技术

连接在电源与负载之间的多通道耦合偏置式磁比较仪，是一种测量直流电流特别是强直流的电磁测量仪器装置。针对采用多通道结构和加装磁屏蔽防磁的多通道磁比较仪结构复杂，稳定度可靠性不高的缺点。该磁比较仪采用多通道磁比较仪对单、多通道磁比较仪进行耦合偏置的技术方案，对组成它的各个通道的有关传递系数进行了优化的选择和设计。使用该磁比较仪的设计方案可以用于制造量程达５００ＫＡ的强直流电流测量仪。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
多通道耦合偏置式磁比较仪属电磁测量
是一种测量直流电流的仪器装置，连接在电源与负载之间的直流电流测量装置。为了对直流电流特别是强直流进行测量，目前最为广泛应用的是磁比较式直流电流比较仪，简称为磁比较仪。它可分为单通道和多通道两大类。单通道磁比较仪由单通道磁放大器(或磁调制器、霍尔测磁器)和缠绕在它的探头上的一个比例绕组、以及对这个比例绕组供电的直流可控电源组成。多通道磁比较仪由N通道磁放大器(或磁调制器、霍尔测磁器)和缠绕在它的探头上的N个比例绕组、以及对这N个比例绕组供电的N个直流可控电源组成。附图说明图1为单通道磁放大器(或磁调制器)1的结构示意图，图中2是1的探头，2由分别缠绕有激励绕组的，尺寸相同并且叠合在一起的环形(或多边形)调制铁心T1、T2组合而成。3是对2的激励绕组供电的激励电源。a0被视为1的电压输出端。在图中用小园点表示。图2为单通道霍尔测磁器4的结构示意图。图中气隙△内置有霍尔元件P的环形(或多边形)调制铁心T3是4的探头5。6是对P激励的激励电源。a′0是P的电压输出端，也即4的电压输出端。图3是N通道磁放大器(或磁调制器)7的结构示意图。图中，均分成N段，并在每一段上都分别缠绕有激励绕组的，尺寸相同并叠合在一起的环形(或多边形)调制铁心T4、T5组合而成7的探头8。为清晰起见，仅画出了8的第ⅰ段(ⅰ＝1～N)。9i是对探头8的第ⅰ段内激励绕组供电的激励电源。ai被视为7的电压输出端。ai用小园点表示。图4是N通道霍尔测磁器10的结构示意图。图中，均分成N段，并在每一段的气隙△i(i＝1～N)内置有霍尔元件Pi的环形(或多边形)调制铁心T6是10的探头11，为清晰起见，仅画出了11的第ⅰ段。12i是对Pi激励的激励电源。a′i是Pi的电压输出端，也即10的电压输出端。图5是单通道磁比较仪13的结构示意图。13由1或4、均匀缠绕在1或4的探头2或5上，匝数为W2的比例绕组W20、对W20供以直流电流I2的直流可控电源14组成。因此，2或5也可称为13的探头。为清晰起见，在图5中，2或5用一个园环表示，3或6与2或5之间的连接电缆线用L1表示。1或4的电压输出端a0或a′0用一个小园点表示。13的输出直流电流I′2＝I2。G为输出直流电流表。a0或a′0连接至14的控制端。15为穿过2或5内孔的被测直流电流I1的载流导体。显然，当15处于2或5内孔的几何中心位置，并没有外磁场干扰，而且13的开环增益h1充分大时，可以认为I1≈W2I′2＝W2I2……(1)13的开环增益h1为h1=kOK 1/(R2) W2……(2)其中k0为1或4的传递系数，输入是磁势(I1-I2W2)，输出是a0或a′0的电压，量纲为欧姆。k是14的传递系数。R2是W20的导线电阻。因此G的读数乘以W2即为I1的数值，达到了测量的目的。图6是多通道磁比较仪16的结构示意图。16由7或10、均匀缠绕在7或10的探头8或11的第ⅰ段上，匝数为W2的比例绕组W2i(i＝1～N)、对W2i供以直流电流I2i的直流可控电源17i组成。因此，8或11也可称为16的探头。为清晰起见，在图6中，8或11用一个园环表示，并只画出了第ⅰ段上的比例绕组W2i。8或11第ⅰ段与9i或12i的连接电缆线用L2i表示。7或10的电压输出端ai或a′i用小圆点表示。ai或a′i接至17i的控制端。18为穿过8或11内孔的被测直流电流I1的载流导体。16的输出电流I′2=Σi = 1NI2 i]]>，它的求法见图7。图中G为输出直流电流表。显然，当16的开环增益h2充分大时，即使18没有处于8或11内孔的中心位置，并有较强的外磁场干扰时，仍然可以认为I1≈W2I＇2=W2Σi = 1NI2i]]>……(3)16的开环增益h2为h2=kOiki1/(R2i) W2……(4)其中k0i为7或10的传递系数，输入是磁势(I2-W2Σi = 1NI2 i]]>)在8或11第ⅰ段中的分量，输出是ai或a′i上的电压，量纲为欧姆。ki是17i的传递系数。R2i是W2i的导线电阻。因此电流表G的读数乘以W2即为I1的数值，达到了测量的目的。对这两类磁比较仪13和16的研究指出，影响其测量准确度的主要因素是磁误差δ1和测量方法误差δ2。可证明δ1= (Io)/(IiN) ……(5)δ2= (I1+IO-W2I＇2)/(I1+IO) = 1/(1+h3) ≈ 1/(h3) ……(6)式中，对于单通道磁比较仪13h3＝h1……(7)对于多通道磁比较仪16h3＝h2……(8)I1N为被测直流电流I1的额定值。I0可视为穿过2或5或8或11内孔的等效磁误差电流。磁误差来源于外磁场的干扰和I1载流导体在探头2或5，8或11内孔中的位置偏离了几何中心。测量方法误差是由于磁比较仪系采用有差调节原理所致。单通道磁比较仪的磁误差很大，给工业实际应用带来困难，即使在其探头的外面加装磁屏蔽也不能根本解决问题。加装磁屏蔽的办法见图8。而多通道磁比较仪，当外磁场干扰较强和I1载流导体在探头内孔中的位置偏离几何中心时，虽然它能使探头中各比例绕组中的电流I2i(i＝1～N)产生变化，但它们的总和Σi = 1NI2 i]]>却基本不变。能较好的维持(3)式所确定的数学关系，固而它的磁误差较小，因此它在实际中得到了广泛运用。目前，无论是美国哈尔马公司生产的工业用FM系列高精度直流测量系统(专利号为US3323056，是该领域中技术性能最好的产品之一，量程为6kA至350kA，准确度为0.2%，系采用霍尔测磁器的多通道磁比较仪，未加磁屏蔽)。还是由华中理工大学研制，保定市电控设备厂生产的现场校验用GZX-1型直流大电流测量校验仪(量程为100kA，准确度为5×10-5，系采用磁调制器的多通道磁比较仪，有磁屏蔽。见中国仪器仪表学会电磁测量信息处理学会编的《直流大电流测试技术及其仪器仪表学术讨论会》论文-100kA系列多通道开口磁调制式直流电流比较仪，1988年3月)，都是按上述理论进行设计的。但是多通道磁比较仪却存在着严重的缺陷。由(6)式(8)式和(4)式可见，要求得足够小的测量方法误差，必须提高它的开环增益h2。而提高h2就必须提高通道磁放大器(或磁调制器或霍尔测磁器)的传递系数k0i和直流可控电源的传递系数ki。由本说明书第4页第10行至第17行的分析又可知，要获得足够小的磁误差，必须增加通道数N和加装磁屏蔽。如美国哈尔马公司FM系列的100kA量程的产品的通道数达10个，180kA量程的产品多达20个，开环增益为1×104。国产GZX-1型100kA量程的产品通道数虽只有4个，但加装有十分庞大的磁屏蔽，其探头的重量比同量程哈尔马公司的产品要重得多，其开环增益达5×104。因此要由如此众多的高增益的磁放大器(或磁调制器，霍尔测磁器)和高增益的直流可控电源及采用如此庞大的磁屏蔽来组成一台多通道磁比较仪。这必将使仪器的结构十分复杂，成本增加，降低其可靠性和稳定度。特别是加装庞大的磁屏蔽，将使制造大量程的磁比较仪实际上不可能，目前这类加磁屏蔽的多通道比较仪的最大量程仅为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量直流电流的电磁测量仪器装置，连接在电源与负载之间的多通道耦合偏置式磁比较仪Ａ，由单通道磁比较仪１３和多通道磁比较仪１６组合而成。１６是对１３的闭环耦合偏置，Ａ的特径在于：（１）１３的探头２或５与１６的探头８或１１的尺寸和形状是基本相同的。（２）拆下１６的比例绕组Ｗ↓［２ｉ］（ｉ＝１～Ｎ），并将８或１１与１３的已经缠绕有比例绕组Ｗ↓［２０］的探头２或５叠合在一起组成Ａ的探头１９。（３）仍按１６的探头８或１１的Ｎ个分段位置，在１９上缠绕Ａ的比例绕组Ｗ↓［２Ａｉ］，匝数为Ｗ↓［２］.Ｗ↓［２Ａｉ］与８或１１和２或５均交链。（４）Ｗ↓［２Ａｉ］仍由１６的直流可控电源１７ｉ供以直流电流Ｉ↓［２Ａｉ］.（５）Ａ的输出直流电流为Ｉ＇↓［２］，Ｉ＇↓［２］＝Ｉ↓［２］＊＊＊.（６）被测直流电源载流导体从１９的内孔中穿过。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王笃志，
申请(专利权)人：王笃志，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]