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首頁(yè) 資源中心 技術(shù)分享 探索寬頻電流測量中的難點(diǎn)
探索寬頻電流測量中的難點(diǎn)

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一、?導言

在寬頻電流測量場(chǎng)景如電能標準源、諧波源和電能質(zhì)量標準源的校準中,經(jīng)常需要對100 A、100 kHz以下的寬頻電流進(jìn)行測量,如直接使用數字多用表,常存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

1)?范圍受限:一般數字多用表最大能夠測量20 A電流,部分型號甚至僅為2 A;

2)?交流精度較低:以3458A為例,被測交流電流為1 A時(shí),最佳精度僅為0.1%左右;

3)?可靠性:通常高精度數表電流測量的抗沖擊性和耐久性遠低于其電壓測量。

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因此,需要使用轉換法即先將大電流轉換為小電流或者小電壓信號再進(jìn)行測量。目前常用的方法包括電阻法、互感器法、比較儀法等。

本文主要針對電阻法進(jìn)行討論。

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二、?常規標準電阻測量高頻電流存在的問(wèn)題

電阻法工作原理為歐姆定律(見(jiàn)圖1),電阻通過(guò)被測電流后轉換為電壓,并接入數字多用表的電壓端進(jìn)行測量,此時(shí)被測電流按式(1)計算。

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電阻的阻值通常使用標準直流電橋進(jìn)行標定,但是在測量交流電流時(shí),由于電阻本身具有一定的分布電感和電容(見(jiàn)圖2),電阻在交流測量下的等效阻抗:

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由式(2)可知,電阻阻抗值會(huì )隨頻率發(fā)生變化,同時(shí)電阻兩端的電壓相對于電流存在相位移,這對交流電流和功率的精密測量是非常不利的。

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首先,電阻的阻抗值隨頻率發(fā)生變化,因此被測電流在不同頻率下的測量幅值也會(huì )有一定不同,通常用交直流差表示電阻在不同頻率下的阻抗和直流電阻的差值。

其次,電阻兩端電壓相對電流存在相位移,由交流功率P=U×I×cosφ可知,如被測電流相位測量存在偏移,對功率測量會(huì )造成較大的干擾。不同相位差△φ下因相位引入的功率誤差見(jiàn)表1,由表可知,在相位差較大即功率因數非常低的情況下,即便是很小的相位誤差也能帶來(lái)非常大的功率誤差。

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表1. 不同相位差下相位引入的功率誤差

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三、?鼠籠式同軸結構及優(yōu)勢

天恒測控深度分析標準電阻使用中存在的上述問(wèn)題,通過(guò)鼠籠式同軸結構設計,選擇高品質(zhì)電阻元件等方式有效降低交直流差和相位差對精密測量的影響。

同軸分流器結構與外觀(guān)見(jiàn)圖3,由高精度電阻元件和 PCB 印刷電路板構建而成。圓盤(pán) A 上安裝有 N 型同軸連接器,電流從 A 板的同軸連接器的中心點(diǎn)輸入,然后從 A 板一側的中心放射地流向每一條形 PCB 的高電位側,流經(jīng)電阻元件后,由條形 PCB 的另外一側返回 A 板的低電位端面,最后通過(guò)同軸連接器的低端返回電流源。分流器的輸出電位由安裝有同軸連接器的 C 板引出。

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由于電流在相互平行的PCB的兩側大小相等方向相反地流動(dòng),回路的電感大幅度降低。另外,電壓回路和電流回路接近相互垂直,相互間的互感幾乎為零,因此在高頻測量時(shí)可獲得較小的交直流差和相位移。

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四、?同軸分流器典型應用和注意事項

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·?使用注意事項

實(shí)際測量中,交流電流的測量值按式(4)計算。

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