CN111638480B - 一种基于温度补偿的电流传感器校准***及方法 - Google Patents

一种基于温度补偿的电流传感器校准***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于温度补偿的电流传感器校准***及方法，所述***包括直流电流源、标准电流表、误差计算装置、杜瓦、待测的电流传感器，以及用于测量现场温度的温度传感器；所述杜瓦的顶部外壁上设置有第一供电端底部外壁上设置有第二供电端，杜瓦内设置有多根并联的超导线带材，每一根超导线带材的第一端均贯穿杜瓦的顶部与所述第一供电端连接，第二端均贯穿杜瓦的底部与所述第二供电端连接；第一供电端通过标准电流表与所述直流电流源的负极连接，第二供电端与所述直流电流源的正极连接。本发明对于不同温度下电流传感器的输出的电流值进行温度补偿，再对补偿后的电流值进行校准，有利于确保电流传感器在特定温度区间测量的准确性。

Description

一种基于温度补偿的电流传感器校准***及方法
技术领域
本发明涉及电流传感器校准，特别是涉及一种基于温度补偿的电流传感器校准***及方法。
背景技术
电流传感器在社会生活中有着非常广泛的应用，它能够快速测量出线路中的电流情况，为线路的后续分析和过流保护等工作提供了很多便利。
但是，电流传感器本申请作为一种测量设备，其也会存在一定的误差，因此，为了保证器测试准确性，就需要对其进行校准。但是，电流传感器往往还会受到温度的影响，这就会对其精度产生影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于温度补偿的电流传感器校准***及方法，本发明对于不同温度下电流传感器的输出值进行温度补偿，再基于补偿后的输出值进行校准，有利于确保电流传感器在特定温度区间测量的准确性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于温度补偿的电流传感器校准***，包括直流电流源、标准电流表、误差计算装置、杜瓦、待测的电流传感器，以及用于测量现场温度的温度传感器；
所述杜瓦的顶部外壁上设置有第一供电端，杜瓦的底部外壁上设置有第二供电端，所述杜瓦内设置有多根并联的超导线带材，每一根超导线带材的第一端均贯穿杜瓦的顶部与所述第一供电端连接，每一根超导线带材的第二端均贯穿杜瓦的底部与所述第二供电端连接；所述第一供电端通过标准电流表与所述直流电流源的负极连接，所述第二供电端与所述直流电流源的正极连接；所述标准电流表的输出端均与误差计算装置连接；
所述电流传感器的磁通测量环路套装在所述杜瓦上，且电流传感器的磁通测量环路所在平面与超导线带材相交；电流传感器和温度传感器的输出端均与所述误差计算装置连接；
所述误差计算装置，用于在直流电流源输出保持不变时，获取不同温度下电流传感器输出的电流值，计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；并在实际进行电流传感器校准时，根据温度系数表和当前温度传感器采集到的温度，对电流传感器输出的电流值进行温度补偿；并将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，据此完成电流传感器的校准。
所述误差计算装置包括存储单元、显示单元和数据处理单元；所述数据处理单元分别与标准电流表、温度传感器和电流传感器的输出端连接，所述数据处理单元分别与存储单元和显示单元连接；
所述数据处理单元，用于在直流电流源输出保持不变时，获取不同温度下电流传感器输出的电流值，计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；并在实际进行电流传感器校准时，根据温度系数表和当前温度传感器采集到的温度，对电流传感器输出的电流值进行温度补偿；并将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，据此完成电流传感器的校准；
所述存储单元，用于对温度系数表和电流传感器的测量误差进行保存；
所述显示单元，用于对温度系数表和电流传感器的测量误差进行显示。
优选地，所述第一供电端和第二供电端均为金属电极；所述第一供电端通过螺钉固定于杜瓦的顶部外壁，所述第二供电端通过螺钉固定于杜瓦的底部外壁，以便于拆卸。所述温度传感器设置于待测电流传感器的内部或是待测电流传感器附近。电流传感器的磁通测量环路有固定式和开放式两种，对于固定式可以通过暂时断开杜瓦前后端与供电端的的连接，将磁通测量环路套在杜瓦上。
一种基于温度补偿的电流传感器校准方法，包括以下步骤：
S1.将所述校准***设置于一密闭的测试空间内，标准电流表在此空间中单独的恒温小空间内，确保标准电流表始终处于参比温度；
S2.电流传感器和温度传感器将采集到的信息传输给误差计算装置；
S3.调节该密闭测试空间的温度，并保持直流电流源输出不变，在不同温度下，重复步骤S2,得到不同温度下电流传感器输出的电流值；
S4.误差计算装置求得电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；
S5.测试空间处于预设的特定温度区间时，开始对电流传感器进行校准，校准过程中，标准电流表、电流传感器和温度传感器将采集到的信息传输给误差计算装置；
S6.误差计算装置根据当前温度传感器采集到的温度，在所述温度系数表中找到对应的温度系数，利用该温度系数对电流传感器输出的电流值进行补偿；
S7.误差计算装置将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，并进行保存和显示。
本发明的有益效果是：本发明对于不同温度下电流传感器的输出值进行温度补偿，再基于补偿后的输出值进行校准，有利于确保电流传感器在特定温度区间测量的准确性。
附图说明
图1为本发明的***原理框图；
图2为本发明的方法流程图；
图中，1-第一供电端，2-第二供电端，3-超导线带材，4-直流电流源，5-标准电流表，6-磁通测量环路，7-误差计算装置，8-温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于温度补偿的电流传感器校准***，包括直流电流源4、标准电流表5、误差计算装置7、杜瓦、待测的电流传感器，以及用于测量现场温度的温度传感器8；
所述杜瓦的顶部外壁上设置有第一供电端1，杜瓦的底部外壁上设置有第二供电端2，所述杜瓦内设置有多根并联的超导线带材3，每一根超导线带材3的第一端均贯穿杜瓦的顶部与所述第一供电端1连接，每一根超导线带材3的第二端均贯穿杜瓦的底部与所述第二供电端2连接；所述第一供电端1通过标准电流表5与所述直流电流源4的负极连接，所述第二供电端2与所述直流电流源4的正极连接；所述标准电流表5的输出端均与误差计算装置7连接；
所述电流传感器的磁通测量环路6套装在所述杜瓦上，且电流传感器的磁通测量环路6所在平面与超导线带材3相交；电流传感器和温度传感器8的输出端均与所述误差计算装置7连接；
所述误差计算装置7，用于在直流电流源输出保持不变时，获取不同温度下电流传感器输出的电流值，计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；并在实际进行电流传感器校准时，根据温度系数表和当前温度传感器采集到的温度，对电流传感器输出的电流值进行温度补偿；并将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，据此完成电流传感器的校准。
在本申请的实施例中，具体地，当超导线带材采用YBCO带材时，杜瓦空间中填充液氮；超导线带材采用铌钛线材时，杜瓦中填充液氦；所述电流传感器为非接触式直流电流传感器，可以是霍尔传感器、零磁通传感器或光纤传感器。所述误差计算装置7包括存储单元、显示单元和数据处理单元；所述数据处理单元分别与标准电流表5、温度传感器8和电流传感器的输出端连接，所述数据处理单元分别与存储单元和显示单元连接；
在本申请一些的实施例中，在具体进行校准时，需要将杜瓦平放，使得杜瓦顶部外壁或底部外壁的中心位于同一水平面上，这样即使杜瓦内部液氮/液氦可能有很小的一部分没填充满，也能够使得超导线带材尽可能的处于液氮/液氦中，保证其处于超导态；在另一些实施例中，可以在杜瓦的侧壁上设置一个液体导管，该液体导管的底部与杜瓦内部连通的，液体导管的顶部高于所述杜瓦的顶部外壁，便于液氮/液氦添加，使得这个杜瓦内部填充满液氮/液氦，进而保证超导线带材处于超导态。
所述数据处理单元，用于在直流电流源输出保持不变时，获取不同温度下电流传感器输出的电流值，计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；并在实际进行电流传感器校准时，根据温度系数表和当前温度传感器采集到的温度，对电流传感器输出的电流值进行温度补偿；并将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，据此完成电流传感器的校准；
所述存储单元，用于对温度系数表和电流传感器的测量误差进行保存；
所述显示单元，用于对温度系数表和电流传感器的测量误差进行显示。
所述第一供电端1和第二供电端2均为金属电极；所述第一供电端1通过螺钉固定于杜瓦的顶部外壁，所述第二供电端2通过螺钉固定于杜瓦的底部外壁，以便于拆卸。所述温度传感器8设置于待测电流传感器的内部或是待测电流传感器附近。电流传感器的磁通测量环路有固定式和开放式两种，对于固定式可以通过暂时断开杜瓦前后端与供电端的的连接，将磁通测量环路套在杜瓦上。
如图2所示， 一种基于温度补偿的电流传感器校准方法，包括以下步骤：
S1.将所述校准***设置于一密闭的测试空间内，标准电流表在此空间中单独的恒温小空间内，确保标准电流表始终处于参比温度；
S2.电流传感器和温度传感器8将采集到的信息传输给误差计算装置；
S3.调节该密闭测试空间的温度，并保持直流电流源输出不变，在不同温度下，重复步骤S2,得到不同温度下电流传感器输出的电流值；
S4.误差计算装置7将电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；
S5.测试空间处于预设的特定温度区间时，开始对电流传感器进行校准，校准过程中，标准电流表5、电流传感器和温度传感器8将采集到的信息传输给误差计算装置7；
S6.误差计算装置7根据当前温度传感器采集到的温度，在所述温度系数表中找到对应的温度系数，利用该温度系数对电流传感器输出的电流值进行补偿；这里的温度补偿，就是通过电流传感器输出的电流值乘以对应的温度系数，即可得到补偿后的电流值；
S7.误差计算装置7将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，利用补偿后的电流值减去标准电流表输出的电流值，得到电流传感器的测量误差，并进行保存和显示。
在本申请的一些实施例中，所述直流电流源为可调电流源，在得到温度系数表后，可以基于直流电流源不同的输出电流，重复步骤S5~S7，得到各个电流下的测量误差并予以保存，完成电流传感器的校准。同样，在本申请的另一些实施例中，一个电流传感器进行第二次及以上的校准，相同型号的电流传感器进行校准，或同一个电流传感器在多个特定温度区间进行校准时，也只需在已得到的温度系数表的基础上进行步骤S5~S7，便可得到所需测量误差并予以保存，从而完成相应的校准工作。
本发明的工作原理如下：本发明采用并联超导线带材来增大线路的导电电流，有助于在达到电流需求的情况下，减小导线体积，降低标准直流电流源的额定功率，以及降低对电流源的技术要求和成本；本发明能够对于不同温度下电流传感器的输出值进行温度补偿，再基于补偿后的输出值进行校准，有利于确保电流传感器在特定温度区间测量的准确性。
最后需要说明的是，上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于温度补偿的电流传感器校准***，其特征在于：包括直流电流源（4）、标准电流表（5）、误差计算装置（7）、杜瓦、待测的电流传感器，以及用于测量现场温度的温度传感器（8）；
所述杜瓦的顶部外壁上设置有第一供电端（1），杜瓦的底部外壁上设置有第二供电端（2），所述杜瓦内设置有多根并联的超导线带材（3），每一根超导线带材（3）的第一端均贯穿杜瓦的顶部与所述第一供电端（1）连接，每一根超导线带材（3）的第二端均贯穿杜瓦的底部与所述第二供电端（2）连接；所述第一供电端（1）通过标准电流表（5）与所述直流电流源（4）的负极连接，所述第二供电端（2）与所述直流电流源（4）的正极连接；所述标准电流表（5）的输出端均与误差计算装置（7）连接；
所述电流传感器的磁通测量环路（6）套装在所述杜瓦上，且电流传感器的磁通测量环路（6）所在平面与超导线带材（3）相交；电流传感器和温度传感器（8）的输出端均与所述误差计算装置（7）连接；
所述误差计算装置（7），用于在直流电流源输出保持不变时，获取不同温度下电流传感器输出的电流值，计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；并在实际进行电流传感器校准时，根据温度系数表和当前温度传感器采集到的温度，对电流传感器输出的电流值进行温度补偿；并将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，据此完成电流传感器的校准。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的电流传感器校准***，其特征在于：所述电流传感器为非接触式直流电流传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的电流传感器校准***，其特征在于：所述误差计算装置（7）包括存储单元、显示单元和数据处理单元；所述数据处理单元分别与标准电流表（5）、温度传感器（8）和电流传感器的输出端连接，所述数据处理单元分别与存储单元和显示单元连接；
所述数据处理单元，用于在直流电流源输出保持不变时，获取不同温度下电流传感器输出的电流值，计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；并在实际进行电流传感器校准时，根据温度系数表和当前温度传感器采集到的温度，对电流传感器输出的电流值进行温度补偿；并将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，据此完成电流传感器的校准；
所述存储单元，用于对温度系数表和电流传感器的测量误差进行保存；
所述显示单元，用于对温度系数表和电流传感器的测量误差进行显示。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的电流传感器校准***，其特征在于：所述第一供电端（1）和第二供电端（2）均为金属电极；所述第一供电端（1）通过螺钉固定于杜瓦的顶部外壁，所述第二供电端（2）通过螺钉固定于杜瓦的底部外壁，以便于拆卸。
5.根据权利要求1所述的一种基于温度补偿的电流传感器校准***，其特征在于：所述温度传感器（8）设置于待测电流传感器的内部或是待测电流传感器附近。
6.一种基于温度补偿的电流传感器校准方法，采用权利要求1~4中任意一项所述的校准***，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将所述校准***设置于一密闭的测试空间内，标准电流表在此空间中单独的恒温小空间内，确保标准电流表始终处于参比温度；
S2.电流传感器和温度传感器（8）将采集到的信息传输给误差计算装置；
S3.调节该密闭测试空间的温度，并保持直流电流源输出不变，在不同温度下，重复步骤S2,得到不同温度下电流传感器输出的电流值；
S4.误差计算装置（7）计算电流传感器在参比温度下输出的电流值与不同温度下输出的电流值比值，得到不同温度下电流值的温度系数，生成温度系数表；
S5.测试空间处于预设的特定温度区间时，开始对电流传感器进行校准，校准过程中，标准电流表（5）、电流传感器和温度传感器（8）将采集到的信息传输给误差计算装置（7）
S6.误差计算装置（7）根据当前温度传感器采集到的温度，在所述温度系数表中找到该温度下的温度系数，利用该系数对电流传感器输出的电流值进行补偿；
S7.误差计算装置（7）将补偿后的电流值与标准电流表输出的电流值进行比较，计算电流传感器的测量误差，并进行保存和显示。
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