直流大电流计量标准装置 ——60kA/10A工作标准的研究

论文摘要

直流大电流计量标准装置的工作标准在量值溯源和量值传递中具有非常重要的作用,因此需要研制出满足高精度要求的直流比较仪,作为实验室校验和工业现场在线测量的计量标准装置。本文主要是研制出一台60kA/10A多通道开口式直流比较仪,作为计量标准装置中的工作标准,精度为0.05级。经实验室测试,试验数据均满足精度要求。文章首先论述了直流比较仪采用的磁调制器的原理,通过对比分析各种激励源和波形对磁调制器灵敏度的影响,选择合适的激励源;并由此提出多通道直流比较仪的设计方案。直流大电流工作标准装置采用的工作原理—安匝平衡,根据该原理进行硬件电路设计,主要包括电源、有源滤波器、解调电路、直流滤波电路、直流放大及校正电路和功率放大电路的设计,以及显示电路和电位监视等辅助电路的设计。其次,对整个系统进行电磁干扰和电磁兼容性设计,分析了比较仪采用多通道的优势,为磁调制器设计提出可行的研究方案,并得以实现。利用自动控制理论原理对系统进行稳定性分析,并借助于Matlab对系统建模,通过仿真实验得出系统稳定工作的模型。接着,在大电流实验室中,工作标准分别与6kA/1A的参考标准和60kA/10A的传递标准比对,采用电压测差法或电流测差法确认比较仪的精度,所测数据均在精度要求范围之内。对系统进行误差分析和不确定度分析,使试验数据更具可靠性。最后,得出结论:本课题所设计的60kA开口式直流比较仪工作标准装置,实验测得数据显示,其精度明显优于0.05级,满足国家质检总局关于制定直流大电流计量标准中要求的精度。并且该比较仪无论是用于实验室计量还是用于现场测试,都具有较高精度且各项性能良好,具有较好的工业应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本课题的研究任务
• 1.4 本章小结
• 2 直流比较仪测量头的分析及设计
• 2.1 磁调制器图解计算
• 2.2 磁调制器解析计算
• 2.3 多通道直流比较仪测量头设计
• 2.4 本章小结
• 3 直流比较仪电子线路设计
• 3.1 激励源设计
• 3.2 电子线路的设计
• 3.3 元器件及材料的选型
• 3.4 本章小结
• 4 电磁干扰与电磁兼容设计
• 4.1 屏蔽
• 4.2 接地
• 4.3 滤波
• 4.4 本章总结
• 5 系统稳定性分析及校正
• 5.1 系统稳定性分析
• 5.2 系统校正分析
• 5.3 本章小结
• 6 实验数据处理及不确定度分析
• 6.1 试验数据
• 6.2 误差分析及处理
• 6.3 测量不确定度分析
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 7.3 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录