CN114442018A - 电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法，通过预设n个初级电流，并测量每一所述初级电流下，在参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的参考元器件的温度。由此获得拟合的采样信号X_i＝f_i(t‑T)，进而将所有采样信号X_i修正到t＝T时,得出修正的采样信号Y_i。其中，t为参考元器件的温度，T为参考元器件的预设温度。最后，根据修正的采样信号Y_i以及测量电路的传递函数计算出修正后的次级电流值Q。因此，本发明通过建立所述参考元器件的温度与修正的采样信号的数学模型，进而获得修正后的次级电流，能够减小温漂对次级电流检测的影响，提高精度，提升产品使用性能。

Description

电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，特别涉及一种电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法。

背景技术

目前，汽车电池管理***中的电流互感器具有测量范围大、测量精度高的特点而被广泛适用。但是温漂对其精度的影响非常大。因此，如何在全量程全温度范围内获得1％甚至0.5％的测量精度一直是电流互感器测量的难点。

电流互感器具有次级线圈，通常其初级电流比较大(比如500A以上)，但其次级电流比较小，需要放大其次级电流才可以做精确的测量。因此，在测量次级电流时，会在电流互感器的次级线圈端接入一测量电路。然而测量电路中的一些采样电阻等元器件都具有随温度漂移的特性，会造成更为严重的测量值偏差。目前比较通用的做法是放低电流互感器在高低温下的精度标准，故现有的次级电流检测方案无法在高低温时获得较高的测量的精度。

因此，需要建立一种电流互感器的温漂修正模型，以解决在检测电流互感器次级电流时，测量电路中各元器件受温漂影响而导致的测量精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法，以解决电流互感器受温漂影响而导致的测量精度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电流互感器的温漂修正模型构建方法，包括：

步骤一：将所述电流互感器的次级线圈接线端接入测量电路，并在所述测量电路中选定一参考元器件和一采样点；

步骤二：固定环境温度，并设定所述电流互感器的初级电流I₁、I₂、I₃……I_n，n为正整数；

步骤三：测量每一所述初级电流下，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，所述采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的所述参考元器件的温度；

步骤四：根据步骤三获取的所有所述采样信号及所述参考元器件的温度，计算出当初级电流为I_i时，X_i＝f_i(t-T)中的拟合参数；其中，X_i为采样信号，f_i(t-T)为拟合的采样信号，t为所述参考元器件的温度,T为所述参考元器件的预设温度，1≤i≤n，i为正整数；

步骤五：根据X_i＝f_i(t-T)将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，在所述步骤四中，

其中，a_ij、a′_ij、b_i和b′_i为比例系数，1≤j≤m，m和j均为正整数。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，其特征在于，

则：

其中，K_j和K′_j为所述拟合参数。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，其特征在于，当T＝0℃时，t＝T＝0，Y_i＝f_i(0)＝b_i；当T≠0℃时，t＝T，Y_i＝f_i(0)＝b′_i。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，在所述步骤三中，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定值期间内,所述采样信号随所述参考元器件的温度增大而改变。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，所述测量电路包括采样电阻和放大电路；所述电流互感的次级线圈接线端流出的次级电流经所述采样电阻后，流经所述放大电路，并经所述放大电路放大后输出；其中，所述参考元件设置于所述放大电路中。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，在所述步骤三中，所述采样信号为所述采样电阻端的电压值。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法中，所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法还包括：选定多种环境温度，在每一环境温度下，分别执行步骤二至步骤三。

基于同一发明构思，本发明还包括一种电流互感器的温漂修正方法，包括：

获取X_i＝f_i(t-T)中的拟合参数；

根据X_i＝f_i(t-T)将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i；其中，1≤i≤n，i和n为正整数；

根据所述修正的采样信号Y_i以及所述测量电路的传递函数计算出修正后的次级电流值Q。

可选的，在所述的电流互感器的温漂修正方法中，当初级电流为I_i时，

则，当T＝0℃时，t＝T＝0，Y_i＝f_i(0)＝b_i；

当T≠0℃时，t＝T，Y_i＝f_i(0)＝b′_i；

其中，K_j和K′_j为所述拟合参数；b_i和b′_i为比例系数，1≤j≤m，m和j均为正整数。

综上所述，本发明提供一种电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法，其中，所述电流互感器的温漂修正模型的构建方法通过预设n个初级电流，并测量每一所述初级电流下，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，所述采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的所述参考元器件的温度。由此获得拟合的采样信号X_i＝f_i(t-T)，进而将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i＝f_i(t-T)。其中，t为所述参考元器件的温度，T为所述参考元器件的预设温度。最后，根据所述修正的采样信号Y_i以及所述测量电路的传递函数计算出修正后的次级电流值Q。因此，本发明通过建立所述参考元器件的温度与修正的采样信号的数学模型，进而获得修正后的次级电流，能够减小温漂对次级电流检测的影响，提高精度，提升产品使用性能。

附图说明

图1是本实施例中电流互感器的温漂修正模型构建方法流程图；

图2是本实施例中初级电流为550A时采样信号随微控制单元的温度变化的关系曲线图；

图3是本实施例中初级电流为550A时采样信号与微控制单元的温度四阶拟合曲线图；

图4是本实施例中初级电流为-550A时采样信号与微控制单元的温度四阶拟合曲线图；

图5是本实施例中初级电流为550A时采样信号与微控制单元的温度一阶拟合曲线图；

图6是本实施例中初级电流为-550A时采样信号与微控制单元的温度一阶拟合曲线图；

图7是本实施例中初级电流为550A时修正前后的采样信号与微控制单元的温度关系曲线图；

图8是本实施例中初级电流为-550A时修正前后的采样信号与微控制单元的温度关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

为解决上述技术问题，本实施例提供一种电流互感器的温漂修正模型构建方法，请参阅图1，所述电流互感器的温漂修正模型构建方法包括：

步骤一S10：将所述电流互感器的次级线圈接线端接入测量电路，并在所述测量电路中选定一参考元器件和一采样点。

步骤二S20：固定环境温度，并设定所述电流互感器的初级电流I₁、I₂、I₃……I_n，n为正整数。

步骤三S30：测量每一所述初级电流下，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，所述采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的所述参考元器件的温度。

步骤四S40：根据步骤三获取的所有所述采样信号及所述参考元器件的温度，计算出当初级电流为I_i时，X_i＝f_i(t-T)中的拟合参数；其中，X_i为采样信号，f_i(t-T)为拟合的采样信号，t为所述参考元器件的温度,T为所述参考元器件的预设温度，1≤i≤n，i为正整数。

步骤五S50：根据X_i＝f_i(t-T)将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i。

以下结合附图2-8，对所述电流互感器的温漂修正模型构建方法进行具体的描述：

步骤一S10：将所述电流互感器的次级线圈接线端接入测量电路，并在所述测量电路中选定一参考元器件和一采样点。

在汽车电池管理***中，受测量范围影响，电流互感器的次级电流比较小，故在次级线圈接线端会接入一测量电路，来辅助测量。其中所述测量电路包括采样电阻和放大电路。所述次级电流经所述采样电阻后，流经所述放大电路，并经所述放大电路放大后输出，从而能够获得较为精确的次级电流。

然而，所述测量电路包括很多种电子元器件。各所述电子元器件都具有随温度漂移的特性。温漂的影响会导致测量次级电流产生较大误差。故为获取各所述电子元器件随温度变化的特性，本实施例选取多个电子元器件进行热电偶测试，并获取了各电子元器件在各种不同工况下的温度关系，发现各电子元器件的温度在稳定后基本保持一致。故为了降低成本，简化温漂修正模型，本实施例选取一个参考元器件来测量，以表征测量电路中的其他电子元器件。优选的，所述参考元器件可选择为微控制单元，微控制单元内部集成有温度传感器，选用微控制单元作为特征点还可节约一个温度传感器的成本。同时，所述采样点选取为采样电阻与放大电路连接处，以采样电阻端的电压值为采样信号。

步骤二S20：固定环境温度，并设定所述电流互感器的初级电流I₁、I₂、I₃……I_n，n为正整数。

经试验发现，微控制单元的温度会随着初级电流和工作时间的变化而变化，且当初级电流一定时，随着工作时间的增加，微控制单元的温度会趋于一稳定值，所述采样信号随所述微控制单元的温度增大而变化。如图2所示，图2为初级电流为550A时采样信号随微控制单元的温度变化的关系曲线。图2中，随着工作时间的增加，微控制单元的温度会趋于其稳定值120摄氏度。此外，环境温度也是测试过程中一个变量，但因为控制环境温度时间较长，控制电流时间较短，故本实施例采取先在环境温度固定情况下，选定多个初级电流I₁、I₂、I₃……I_n进行测试。其中，环境温度可选取汽车电池管理***常规工作环境，例如-40℃、-15℃、10℃、35℃、60℃和85℃等。

步骤三S30：测量每一所述初级电流下，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，所述采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的所述参考元器件的温度。例如，当接入的初级电流为I₁时，随着工作时间的增加，微控制单元的温度在逐步上升，在上升至其稳定期间内，获取多个所示的采样信号X₁、X₂、X₃……以及获取采样信号为X₁时，对应的所述参考元器件的温度t₁；采样信号为X₂时，对应的所述参考元器件的温度t₂；采样信号为X₃时，对应的所述参考元器件的温度t₃……，直至获得如图2所示的关系图，即在初级电流为I₁时，微控制单元的温度t和采样信号X_i的关系图。

步骤四S40：根据步骤三获取的所有所述采样信号X_i及所述参考元器件的温度t，计算出当初级电流为I_i时，X_i＝f_i(t-T)中的拟合参数；其中，X_i为采样信号，f_i(t-T)为拟合的采样信号，t为所述参考元器件的温度,1≤i≤n，i为正整数。

其中，

且a_ij、a′_ij、b_i和b′_i为比例系数，1≤j≤m，m和j均为正整数。

由上述可知，当T＝0℃时：

当初级电流为I₁时，X₁＝f₁(t)＝a₁₁t+a₁₂t²+a₁₃t³+……+a_1mt^m+b₁；

当初级电流为I₂时，X₂＝f₂(t)＝a₂₁t+a₂₂t²+a₂₃t³+……+a_2mt^m+b₂；

……

当初级电流为I_n时，X_n＝f_n(t)＝a_n1t+a_n2t²+a_n3t³+……+a_nmt^m+b_n。

当T≠0℃时：

当初级电流为I₁时，X₁＝f₁(t-T)＝a′₁₁(t-T)+a′₁₂(t-T)²+a′₁₃(t-T)³+……+a′_1m(t-T)^m+b′₁；

当初级电流为I₂时，X₂＝f₂(t-T)＝a′₂₁(t-T)+a′₂₂(t-T)²+a′₂₃(t-T)³+……+a′_2m(t-T)^m+b′₂；

……

当初级电流为I_n时，X_n＝f₂(t-T)＝a′_n1(t-T)+a′_n2(t-T)²+a′_n3(t-T)³+……+a′_nm(t-T)^m+b′_n。

进一步的，取

则：

其中，K_j和K′_j为所述拟合参数。

因此，当T＝0℃时：

当T≠0℃时：

K₁、K₂、K₃、……、K_m以及K′₁、K′₂、K′₃、……、K′_m为所述拟合参数。

综上可知，X_i＝f_i(t-T)为m阶方程，可选的为一阶方程、二阶方程、三阶方程、四阶方程或五阶方程等。

例如，当X_i＝f_i(t-T)为四阶方程时，m＝4，则：当初级电流为I_i时,

如图3和4所示，图3为初级电流为550A时采样信号与微控制单元的温度四阶拟合曲线。图4为初级电流为-550A时采样信号与微控制单元的温度四阶拟合曲线。

为降低模型的复杂度，本实施例还提供一种一阶方程模型。当初级电流为I_i时，

如图5和6所示，图5为初级电流为550A时采样信号与微控制单元的温度一阶拟合曲线。图6为初级电流为-550A时采样信号与微控制单元的温度一阶拟合曲线。可以看出，相对于四阶方程模型，拟合精度在高低温时偏差较大，但在中间较大温度区域里的拟合效果都较好，误差不大，而实际产品在应用过程当中高低温出现的情况都较少，对实际应用影响不大，且复杂度降低很多。

步骤五S50：根据X_i＝f_i(t-T)将所有采样信号X_i统一修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i。

进一步的，当T＝0℃时，t＝T＝0，Y_i＝f_i(0)＝bi；当T≠0℃时，t＝T，Y_i＝f_i(0)＝b′_i。

如图7和8所示，图7为初级电流为550A时修正前后的采样信号与微控制单元的温度的关系曲线。图8为初级电流为-550A时修正前后的采样信号与微控制单元的温度的关系曲线。

其中，为获得更加精准的拟合参数，所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法还可以包括：选定多种环境温度,例如-40℃、-15℃、10℃、35℃、60℃和85℃等，更换环境温度，执行步骤二至三。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种电流互感器的温漂修正方法，包括：

获取所述参考元器件的温度t，即获取所述微控制单元的温度值。再根据X_i＝f_i(t-T)将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i＝f_i(t-T)；其中，1≤i≤n，i和n为正整数。最后，根据所述修正的采样信号Y_i以及所述测量电路的传递函数计算出修正后的次级电流值Q(Y_i)。其中，Q(Y_i)的函数方程受电流互感器的设计以及所述测量电路的设计影响。通常可根据具体的设计原理图推导出，但当无法推导时，或者精度不达标时，可通过标定获得。

本实施例提供的一种电流互感器的温漂修正方法及模型构建方法，通过预设n个初级电流，并测量每一所述初级电流下，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，所述采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的所述参考元器件的温度。由此获得拟合的采样信号X_i＝f_i(t-T)，进而将所有采样信号X_i修正到t＝T时,得出修正的采样信号Y_i＝f_i(t-T)。其中，t为所述参考元器件的温度，T为所述参考元器件的预设温度。最后，根据所述修正的采样信号Y_i以及所述测量电路的传递函数计算出修正后的次级电流值Q。因此，本发明通过建立所述参考元器件的温度与修正的采样信号的数学模型，进而获得修正后的次级电流，能够减小温漂对次级电流检测的影响，提高精度，提升产品使用性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，所述电流互感器的温漂修正模型构建方法包括：

步骤一：将所述电流互感器的次级线圈接线端接入测量电路，并在所述测量电路中选定一参考元器件和一采样点；

步骤二：固定环境温度，并设定所述电流互感器的初级电流I₁、I₂、I₃……I_n，n为正整数；

步骤三：测量每一所述初级电流下，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定温度的期间内，所述采样点的多个采样信号及每一所述采样信号对应的所述参考元器件的温度；

步骤四：根据步骤三获取的所有所述采样信号及所述参考元器件的温度，计算出当初级电流为I_i时，X_i＝f_i(t-T)中的拟合参数；

其中，X_i为采样信号，f_i(t-T)为拟合的采样信号，t为所述参考元器件的温度,T为所述参考元器件的预设温度，1≤i≤n，i为正整数；

步骤五：根据X_i＝f_i(t-T)将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i。

2.根据权利要求1所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，在所述步骤四中，

其中，a_ij、a′_ij、b_i和b′_i为比例系数，1≤j≤m，m和j均为正整数。

3.根据权利要求2所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，

则：

其中，K_j和K′_j为所述拟合参数。

4.根据权利要求3所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，当T＝0℃时，t＝T＝0，Y_i＝f_i(0)＝b_i；当T≠0℃时，t＝T，Y_i＝f_i(0)＝b′_i。

5.根据权利要求1所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，在所述步骤三中，在所述参考元器件的温度从初始温度上升至稳定值期间内,所述采样信号随所述参考元器件的温度增大而改变。

6.根据权利要求1所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，所述测量电路包括采样电阻和放大电路；所述电流互感的次级线圈接线端流出的次级电流经所述采样电阻后，流经所述放大电路，并经所述放大电路放大后输出；其中，所述参考元件设置于所述放大电路中。

7.根据权利要求6所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述采样信号为所述采样电阻端的电压值。

8.根据权利要求1所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法，其特征在于，所述的电流互感器的温漂修正模型构建方法还包括：选定多种环境温度，在每一环境温度下，分别执行步骤二至步骤三。

9.一种电流互感器的温漂修正方法，其特征在于，使用如权利要求1-8中任意一项所述的电流互感器的温漂修正模型的构建方法建立的所述电流互感器的温漂修正模型，所述电流互感器的温漂修正方法包括：

获取X_i＝f_i(t-T)中的拟合参数；

将所有采样信号X_i修正到t＝T时，以获得修正后的采样信号Y_i；其中，1≤i≤n，i和n为正整数；

根据所述修正的采样信号Y_i以及所述测量电路的传递函数计算出修正后的次级电流值Q。

10.根据权利要求9所述的电流互感器的温漂修正方法，其特征在于，当初级电流为I_i时，

则，当T＝0℃时，t＝T＝0，Y_i＝f_i(0)＝b_i；

当T≠0℃时，t＝T，Y_i＝f_i(0)＝b′_i；

其中，K_j和K′_j为所述拟合参数；b_i和b′_i为比例系数，1≤j≤m，m和j均为正整数。

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