寧都可燃氣體報警器計量檢測中心

10kA強直流電流標準源的研制
直流電廣泛應用于電力系統、工業生產、航空航天、高鐵機車等重要行業。在核能、金屬電解、高能物理等科學研究中。需要幾千安培甚至更多。目前，大DC電流的測量方法包括分流法、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電流測量的精度將直接影響DC能量的測量。
在中國，DC電力的流量值傳輸系統還沒有建立，談不上高效節能。本文提出的強DC電流標準源*電流輸出容量為10 kA，年變化率為100 ppm/a，其核心由高穩定度調節器和寬帶電流比較器組成，短期穩定性達到10 ppm/min。為建立大DC電流測量值傳遞系統和檢測標準提供了依據。

1.10 kA強DC電流標準源
1.1儀器校驗標準源的主要特征
(1)標準源由計算機軟件、操作臺、18路600 A電流源、電壓測量模塊等組成。*輸出為10 kA，可連續調節，*輸出電壓為4 v。
(2)18個獨立電流源：18個獨立電流源可以獨立控制，系統架構靈活。電流輸出范圍：0 ~ 600 A；輸出穩定性：0.002%/min；年精度：0.005%，調整精度：0.005%。
(3)多開關電源并聯的分布式電源系統具有輸出容量大、效率高、可靠性高等優點，是保證大電流輸出的主要因素。采用的開關電源既能滿足EN/UL60601等安全標準的要求(包括低漏電流和增強隔離的要求)，又能滿足電磁干擾(EMI)的B級要求。輸出功率可保證達到*額定功率的50%。
(4)可靠的保護系統。具有全面的過壓、過流和電流開路保護系統。如果其中一個電流源出現故障，不會影響其他電流源的正常工作。
1.2 10 kA 標準源
主要特點介紹：
（1）計算機自動檢測軟件：通過 RS232 與下位機進行數據通信。進行數據處理、報表打印、數據保存等。
（2）操作臺：是硬件裝置同計算機通訊的橋梁。它既可以連接計算機進行全自動檢定，也可以脫離計算機軟件單獨控制硬件進行半自動檢定。
（3）18 路電流源：是整套系統的核心。由32位微處理器、EEPROM、FPGA、開關電源、PWM、驅動及功放模塊、電流比較儀、A/D及D/A、各類通訊接口、按鍵、報警、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，可承受順時大電流。
2. 600 A 電流源
單臺電流源的精度是保證整套裝置作為大電流計量標準的關鍵。下文將分析單臺 600 A 電流源的原理及技術難點。

2.1 工作原理
（1）電源部分：220 V 市電一方面通過變壓器變成直流電壓給整個系統供電。另一方面進行整形濾波變成直流大電源，再通過 PWM 進行脈沖調制輸出。
（2）直流電流輸出控制：32 位微處理器接收到操作臺命令后，通過 SPI 通信接口傳送至 FPGA，FPGA 再控制 D/A數模轉化器輸出一個電壓基準信號傳送至積分器，此信號與反饋信號傳送至積分器經過時間τ輸出一個穩定的電壓信號。該電壓信號控制脈寬調制器 PWM 生成方波信號的幅值，方波信號通過功率放大器后驅動電流功放模塊輸出直流大電流，電流經濾波后，流經寬頻直流比較儀。寬頻比較儀將該大電流按設計好的比例標準二次轉換成小電流，該小電流通過I/V轉換電路變成電壓信號。此電壓信號一方面進入反饋電路反饋至積分器，從而構成一個閉環負反饋系統，另一方面進入 AD 采樣電路，記錄當前實際輸出值。系統平衡建立的時間不超過 1 μs。
2.2 技術難點及解決方案
本系統中難點在于大電流的測量，大電流測量精度直接影響到電流源的精度。本系統采用*直流比較儀測量電流，能夠快速反饋電流變化。建立磁平衡的時間不超過 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率材料制成的內屏蔽，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地之間存在寄生電容和電位差使得它們之間產生相應的漏電流引起的。可以采用靜電屏蔽減小誤差。對于測量線路誤差，主要是減少補償繞組漏阻，補償繞組選用截面較大的銅絕緣導線繞組，減少對補償繞組電流測量的影響。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為激勵繞組，W2 為檢測繞組，W3 為補償繞組。其中鐵芯 A 由高導磁率軟磁材料制作，鐵芯 B 由低導磁率鐵氧體材料制作。實現原理：激勵源激勵鐵芯 A 和 B，W2繞組檢測信號通過二次諧波帶通濾波電路，檢測二次諧波信號。通過解調器得到直流信號，經過前置放大器將信號放大，來控制伺服電流源輸出電流至 W3 補償繞組，經過不斷調整使得使得鐵芯1和鐵芯2達到磁平衡狀態。系統平衡建立的時間不超過 1 μs。通過標準電阻 R 進行電流采樣，測試得到 U，計算出補償繞組電流，根據繞組匝數比計算出 IP 值。同時此信號可作為報警信號等狀態信號。
U = N×IP
式中：N為比例常數

世通檢測熱工實驗室主要負責溫度、濕度、環境試驗的*計量工作;熱工實驗室是本公司成立*室之一，配備國內外*的標準溫度設備，如FLUKE精密過程校驗儀、熱電偶檢定爐、精密多路溫濕度巡檢儀、高穩定性恒溫恒濕檢定箱、標定級恒溫槽、自校準式高精度鉑金溫度計、熱工輻射源等等;由于長期對環境試驗設備進行現場實驗及校準，本實驗室的技術人員均具有豐富的設備調試工作經驗。

可提供儀器校準、儀器校正、儀器計量及維修服務的儀器設備種類有:

溫度儀表:
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