CN2132193Y - 电子式互感器校验仪 - Google Patents

Abstract

一种电子式互感器校验仪，其特征是从标准采样 后，用运算放大器、积分移相加电导箱构成标准信号 采样调节电路，与被测差值信号进行比较测量；再用 电子元件组成百分表电路，其优点是误差以“分”为单 位可以直读，适用于电流比较仪传递和用比较仪校 0.05级以上的互感器，测误差范围为10^-1～10^-7；百 分表为线性，精度为1.5级。特别适用二次电流为 5A、2A、1A、0.5A；电压互感器和二次为.100V、 100/V、100/3V及倍率为0.1、1.1、1.2、1.5、2、2.2 的电压互感器误差测量及阻抗测量。

Description

本实用新型是一种电子式互感校验仪，特别适用于对互感器校验，以及对电流比较仪、感应分压器及阻抗的测量。

互感器误差的测量，传统是利用标准互感器和被测互感器在同变比下通过校验仪进行比较测量。电流和电压互感器的变比误差f用％表示、相对误差δ用分或弧度％表示。

目前，我国互感器校验仪，大量选用HEG₂型和HEG₄型及其派生产品。如HEG₂型互感器校验仪的电路结构是以测量电流互感器为基础设计的，其结构是：0.1Ω标准电阻采样，标准电流转成电压值，经倍率变压器分成两组电压信号，同相量经可调电导箱转换成同相电流，正交量通过可调电容箱转换成正交电流。将此两电流和被测量的误差电流共同输入到电流比较仪，进行平衡比较，以得到需测出的相对误差。即f和δ。

在测电压互感器时，利用标准电压通过电压互感器的转换成比例小的电压输入倍率变压器，再利用电流测量电路的方法转成标准的同相和正交电流信号，再把被测误差电压通过标准电阻转成电流信号，利用电流比较仪测量出相对误差。即f和δ值。

上述已有技术的缺点是：

（1）测量用的标准电流值，等效分析是标准电阻分流得到的。在基本量限正交读数以分为单位时分流电流较大，难以满足直读要求，故乘以0.5或0.1倍率，造成不能直读的麻烦。

（2）电容箱和倍率变压器导线内阻串联造成移相，故对同相量形成误差。

（3）倍率变压器绕组多，匝数多，导线粗，手工绕制工艺复杂，生产周期长。

（4）校验仪内装的百分表也从倍率变压器得到信号约1V左右，采用整流结构，使测量点5％、10％、20％进入二极管非线性区域，难以准确读出，造成测量误差。难以满足标准要求。

（5）由于采用电导箱和电容箱，其结构为现有四层开关，体积大，重量大，寿命难以满足标准规定的10万次要求。

本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种结构简单的变压器替代倍率变压器；利用运算放大器间接输出信号代替直接提取信号；利用运算放大器90°移项电路、放大电路和多位电导箱代替多位电容箱，输出标准正交信号。再利用运算放大器组成线性百分表代替原整流非线性百分表，便可得到能满足国际标准、易于加工、成本低、精度高的互感器校验仪。

本实用新型的目的通过如下方案解决的：

1、电流互感器的测量标准信号部分是：标准电流通过标准电阻R₀采样后得到电压，经过1：1隔离变压器T₁取得信号，通过开关K_1a联接到放大倍数为1的两级倒相运算放大器，可得到正、反两个相反相位的标准信号，该信号通过两个开关，分两路输出：一路是经过四位十进制可调电导箱转换在同相信号可调的标准电流对应为f值；另一路经过90°移项积分电路和比例放大器、电压跟随器、四位十进制可调电导箱后输出正交相位可调的标准电流对应为δ值。将上述两路电流叠加后输入到比较仪，与被测差值电流信号比较，进行差值测量。

2、电压互感器测量标准信号部分：标准电压互感器T₂的二次绕组一端接地，另一端接在由串联电阻R₁、R₂组成的电阻分压器上，经此采样后取得的信号通过开关将此信号输入到放大倍数为1的两级倒相运算放大器，再经过与电流互感器测量标准信号部分同用一电路，但差压信号通过电阻转成电流输入到比较仪，与标准信号比较，进行差值测量。

3、百分表指示部分：包括有电流百分表和电压百分表二个性能。

a.电流百分表部分是：电流经0.1Ω标准电阻R₀采样后经1：1隔离变压器T₁，输入到运算放大器及电阻分压器，再经过运放线性AC－DC转换器，由100μA表头指示。

b.电压百分表部分是：电压互感器T₂采样后，取得的信号输入到电阻分压器得到不同倍率信号，经过开关对上述信号进行选择，将选好信号输入到运算放大器，和运放线性AC－DC转换器，通过并联在转换器上百分表指示。

4、极性指示部分：

a.电压部分：由与采样点K相联接的电阻R₂₀串接在二极管D₁₁、15V稳压管D₈和发光二极管D₉后接地所组成。当电压超过12V，D₉导通发光；电压不超过10V不导通。

b.电流部分：采用一个变流器T₃的一次绕组串接在差流输入端D和仪表地之间，T₃的二次绕组并接电阻R₂₁取得电压，R₂₁的一端接地，其另一端联接二极管D₁₀后接在发光二极管D上，当电流大于0.6A（选用0.7～0.8A）时D₉发光，设计时T₃一次侧内阻抗极小，对测量不受影响。

5、本实用新型中的四位十进制可调电导箱是由四个结构相同的电导开关联接而组成，每个电导开关均包括二个滑盘，每个滑盘均有0～10位开关、5个电导和全旋轻压力开关2D11K所组成。

本实用新型的优点：

1、由于测量用的标准电流值通过运算放大器输入端采样，阻抗高，几乎不从标准电阻分流，而且运算放大器直接提供电流，满足各档直读要求。

2、正交标准电流通过积分电路移相，跟随器输出电压通过电导箱产生正交电流信号，不仅降低成本，同时消除在原电容和导线内阻串联造成的移相误差。

3、由于采用四位十进制可调单项电导箱，可达到降低成本、操作轻快、结构简单易制造、寿命长的优点，该结构如采用由运算放大器输出，电导箱调电流结构，可减小在微信号时运算放大器本身信号噪音对测量的干扰。

4、由于电路结构的改变使已有技术中倍率变压器简化成一个简单的双绕组隔离变压器，可降工时、降成本。

5、内装百分表采用电阻分压，运算放大器转换电压和AC－DC运放线性转换器，形成线性刻度5％、10％、20％能清楚地表示，从而保证测量精度。

6、本实用新型以1～3倍放大量，保证工作精度，该仪器精度为0.5～1级；误差测量范围：10^－1～10^－7；百分表为线性，精度为1.5级，特别适用二次电流为5A、2A、1A、0.5A的电流互感器和二次电压为100V、100／

V、100／3V及其倍率为0.1、1、1.1、1.2、1.5、2、2.2的电压互器的误差测量和阻抗测量。电流范围：1～120％，电压范围：2～190％。本实用新型电源可采用±6V电池供电，最大电流小于30mA，耗能小。也可采用外接电源。

附图说明：

图1是本实用新型外观示意图；

图2是本实用新型电路结构图；

图3是图2中电路结构的方框图；

图4是图2中四位十进制可调电导箱电路结构图。

结合附图对本实用新型的实施例进一步详述：

本实用新型箱体1的面板上检测装置有百分表10、检流计表头6、检流计灵敏度调正开关22，标准电流互感器电流输入端T₀为13，被测互感器电流输入端子T_X为14，电压标准输入端子x和a，分别为12和11，被测差压或差流输入端子K和D分别为5和4，接地端子为3，比较仪信号插座为2，量限选择开关K_1a、K_1b、为16，量限选择电压倍率开关K₂为15，测量选择开关K₁₃为8，差值信号倍率开关K₁₄为28，同相量调节f的电导箱的电导开关K₅、K₆、K₇、K₈分别为17、18、19、21，并装有f正、负号开关K₃为20，正交量δ调节电导箱的电导开关K₉、K₁₀、K₁₁、K₁₂分别为23、25、26、27，其δ单位选择开关K₁₃为7，其δ正负开关K₄为24，极性指示D₉为9，面板上还装有电源开关29。

与箱体1面板上检测装置相联的电路设置在箱体1内的电路板上，其结构是：

（1）电流互感器测量标准信号部分：

T₁为1：1隔离变压器。标准互感器的二次电流由T₁的T₀端输入，被测互感器的二次电流由T₁的T_X端输入，T_X端接地。R₀为0.1Ω标准电阻接在T₀和T_X之间。二次电压信号T₀′端经开关K_1a选择通过电阻R₃与 运算放大器IC₁负输入端相联，电阻R₄并接在IC₁的输出端和负输入端之间，T_X′端与IC₁的正输入端相接后接地，IC₁的输出端分别接开关K₃、K₄的负号（－）端，同时串接在电阻R₅和 运算放大器IC₂负输入端，电阻R₆并接在IC₂输出端和负输入端之间，IC₂正输入端接地，IC₂的输出端分别接K₃、K₄正号端，IC₁和R₂、R₄；IC₂和R₅、R₆是二个放大倍数为1的反相器。由K₃选的信号串接在由开关K₅、K₆、K₇、K₈组成的四位十进制可调电导箱G₁后输入到比较仪A端，为正或负同相分量的标准数值f。由K₄选的信号经串联电阻R₇接到运算放大器IC₃的负输入端，电容C₁并接在IC₃的输出端和负输入端之间，IC₃的正输入端接地。由电阻R₈、R₉、电容C₂组成T型电路并接在C₁两端，给运算放大器提供直流反馈回路，这样组成积分电路移项90°。IC₃输出端串联电阻R₁₀和运算放大器IC₄负输入端相接，电阻R₁₁、R₁₂串接在IC₄的负输入端和输出端，在R₁₁、R₁₂接点上有单刀开关K₁₃，K₁₃可选择1：1和1：2.91的放大信号，得到以“％”或“分”为单位的信号。IC₄输出端串联电容C₃接到运算放大器IC₅、IC₆、IC₇的正输入端，并通过电阻R₁₆后接地。电阻R₁₃、R₁₄、R₁₅分别接在IC₅、IC₆、IC₇的输出端与负输入端之间，IC₅、IC₆、IC₇输出端并接后组成的电压跟随器。该电压跟随器串接在由开关K₉、K₁₀、K₁₁、K₁₂组成的四位十进制可调电导箱G₂后输入到比较仪的A点，为正或负正交分量的标准数值。

同相分量的数值对应为互感器误差的比值差f单位为％表示。

正交分量的数值对应为互感器误差的相位差δ单位用“分”或“％”表示。

（2）电压互感器测量标准信号部分：

T₂为100／1－2的电压互感器。电容C₀并接在T₂的一次绕组上，标准互感器的二次电压由T₂的a和x端输入，T₂的二次绕组一端接地，另一端接由串联电阻R₁、R₂组成的分压器。经T₂变压和R₁、R₂分压可得到1000／1的电压信号，通过K_1a输出，经R₃与IC₁接通，再经与电流互感器测量标准信号部分同用一电路。当差压信号输入后与标准信号比较进行差值测量。

（3）电流比较仪采用原有技术是在坡塻合金的铁蕊上绕有检零绕组W₁，保护二极近D₁、D₂并接在W₀上。在W₀外为双层静电屏，在静电屏外绕有W_A绕组。W_A有100：10：1三个端点，分别与倍率开关K₁₄相联接，当测差电流信号得到乘1、乘10、乘100三个倍率；当测差电压时，K₁₄可分别接三个不同阻值电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉后接到A点，得到乘1、乘10、乘100三个倍率。

（4）极性指示部分：测量误差电压、电流信号由K、D点输入

a.电压部分：与采样点K相接的电阻R₂₀串接在二极管D₁₁、稳压二极管D₈和发光二极管D₉后接地。

b.电流部分：变流器T₃的一次绕组一端接仪表地，另一端接D点，T₃的二次绕组并接电阻R₂₁取得电压，R₂₁一端接地，其另一端联接二极管D₁₀后接在发光二极管D₉上。

当误差信号由K、D点输入经开关K₁₄选择，与可调标准信号同时输入到比较仪，在W₀端通过开关K₁₅、K₁₆接工频检流计，调节标准信号，使检流计归零位，进行测量。两个电导箱G₁、G₂读数乘以倍率即为所测出误差数值。

（5）百分表电路中包括有电流百分表和电压百分表二个性能，是以额定值为100％标称，最大值为120％。电路结构如下：

（一）电流百分表是：0.1Ω标准电阻R₀采样后，经T₁隔离变压器，T₁的二次绕阻T_X′端接地，T₀′端接到运算放大器IC₈的正输入端，IC₈的输出端和负输入端之间并接电阻R₁₁₆，IC₈负输入端接电阻R₁₁₅后接地。IC₈、R₁₁₅、R₁₁₆组成2倍的比例放大器，IC₈输出端接由串联电阻R₁₁₈、R₁₁₉、R₁₂₀组成的电阻分压器，分别接在K₁₆的四个接点上，经K₁₆选择可得到电流值为0.5A、1A、2A、5A，而输出额定值为0.1V的电压信号。K₁₆的另一端串联电容C₁₀₁和运算放大IC₁₀的正输入端，IC₁₀输出端串接保护电阻R₁₂₄后接由二极管D₃、D₄、D₅、D₆组成的桥路一端，桥路另一端接IC₁₀负输入端，并通过电容C₁₀₂与电阻R₁₂₂和电阻R₁₂₃串联接点相接，R₁23的另一端接地，R₁₂₂另一端接在IC₁₀的正输入端，在二极管组成的桥路中间接入100μA电流表10和保护二极管D₇。IC₁₀、D₃、D₄、D₅、D₆电流表和C₁₀₂、C₁₀₃组成线性AC－DC转换器。保证线性指示输出，由百分表表示指示。

（二）电压百分表：标准电压互感器二次电压经电压互感器T₂一次绕组的a、x二端输入，电容C₀并接在a、x二端之间，T₂的二次绕组一端a′接地，另一端x′接由串联电阻R₁₀₁、R₁₀₂、R₁₀₃、R₁₀₄、R₁₀5、R₁₀₆、R₁₀₇、R₁₀₈组成电阻分压器后接地。开关K₂接上述分压器上各对应点，以得到乘0.1、乘1、乘1.1、乘1.2、乘1.5、乘2、乘2.2的电压百分表倍率，通过K₂选择接运算放大器IC₉的正输入端，电阻R₁₁₁并接在IC₉的输出端和负输入端之间，并联接电阻R₁₁₀后接地，由R₁₁₁、R₁₁₀、IC₉组成一个3倍的比例放大器，IC₉输出端接以由串联电阻R₁₁₂、R₁₁₃、R₁₁₄组成的分压器上，分别接入开关K₁₆的对应点，得到以分别为额定电压值为100V、100／

V、100／3V，而输出额定值为0.1V的电压信号，通过K₁₆的选择，联接C₁₀₁输入到IC₁₀的正输入端，再通过由IC₁₀及其相接的二极管，电流表组成线性AC－DC转换器，与电流百分表同电路，其数值电百分表指示。如果K₁₆输出后略去IC₁₀等组成的AC－DC线性转换电路和百分表指示，而换上商业用的交流200mV挡的3 1/2 位数字表示表头则为数字百分表。

（6）本实用新型的电导箱G₁和G₂采用四位十进制可调结构，该电导箱是由四个结构相同的电导开关K₅、K₆、K₇、K₈或K₉、K₁₀、K₁₁、K₁₂联接组成。每个电导开关包括两个滑盘，每个滑盘均有0～10位开关，5个电导1g、1g、3g、4g、6g和全旋轻压力开关2D11K，电导1g一端接在G点上，其另一端接在第一层1、7位开关和第二层的5位开关；电导2g一端接在G点上，另一端接在第一层的2、8位开关上；电导3g一端接在G点上，另一端接在第一层的3、9位开关上；电导4g一端接在G点上，另一端接在第一层的4、10位开关上，电导6g一端接在G点上，另一端接在第二层的6、7、8、9、10位开关上，电导的比值1g：2g：3g：4g：6g为g的1：2：3：4：6倍。两层滑盘均接在G′点上。开关2D11K可用商品2D12K代替，可有一空位，使用该轻压力开关可满足标准10

Claims (6)

1、一种电子式互感器校验仪，主要包括在该校验仪箱体面板上的检测装置有百分表、检流计、接线端子、调节旋扭开关、极性指标、电源开关，在箱体内部电路极上有采样电阻、运算放大器、比较仪、及电阻、电容，其特征在于与箱体面板上检测装置相联接的电路结构是：

(1)电流互感器的测量标准信号部分是：标准电流通过标准电阻R₀采样后得到电压，经1∶1隔离变压器T₁取得信号，通过开关K_1a联接到放大倍数为1的两级倒相运算放大器，可得到正、负两个相反相位的标准信号，该信号通过两个开关分两路输出：一路是经过四位十进制可调电导箱转换成同相信号可调的标准电流；另一路是经过90°移项积分电路和比例放大器、电压跟随器、四位十进制可调电导箱后输出正交相位可调的标准电流，上述两路电流叠加后输入到比较仪，与被测差值电流信号比较，进行差值测量；

(2)电压互感器的测量标准信号部分；电压互感器T₂的二次绕组一端接地，其另一端接在由串联电阻R₁、R₂组成的电压分压器上，经此采样后取得的信号经过开关将此信号输入到放大倍数为1的两级倒相运算放大器，再经过与电流互感器测量标准信号部分同用一电路，但差压信号通过电阻转换成电流，与标准信号比较，进行差值测量；

(3)百分表指示部分：包括有电流百分表和电压百分表二个性能，其中；

a、电流百分表部分是：电流经0.1Ω标准电阻R₀采样，经过1∶1隔离变压器T₁，输入到运算放大器及电阻分压器，再经过运算器放大器组成的线性AC-DC转换器，通过100μA表头指示；

b、电压百分表部分是：电压互感器T₂采样后所取得的信号输入到电阻分压器上，得到不同倍数的信号，经过开关对上述信号进行选择，将选好的信号输入到运算放大器和运算放大器组成的线性AC-DC转换器，通过100μA表头指示；

(4)极性指示部分：

a.电压部分：该部分是与采样点K相接的电阻R₂₀串接在二极管D₁₁、稳压管D₈和发光二极管D₉后接地所组成；

b.电流部分：变流器T₃的一次绕组一端接地，另一端接差值信号输入端的D点，T₃的二次绕组并接电阻R₂₁取得电压，R₂₁一端接地，其另一端串联二极管D₁₀后接在发光二极管D₉上。

2、按照权利要求1中所述的校验仪，其特征在于四位十进制可调电导箱是由四个结构相同的电导开关联接组成，每个电导开关包括二个滑盘，每个滑盘均有0～10位开关、5个电导1g、2g、3g、4g、6g和全旋轻压开关2011K，电导的联接方式是：这5个电导的一端均接在G点上，另一端分别为：1g接在第一层的1、7位开关和第二层的5位开关上；2g接在第一层的3、9位开关上；4g接在第一层的4、10位开关上；6g接在第二层的6、7、8、9、10位开关上，电导的比值1g：2g：3g：4g：6g为g的1：2：3：4：6倍，二层滑盘接在G′点上。

3、按照权利要求1或2所述的校验仪，其特征在于两级倒相运算放大器是由电阻R₃、R₄和运算放大器IC₁组成的放大倍数为1的反相器，再联接一个由电阻R₅、R₆和运算放大器IC₂组成的另一个反相器所组成，其中R₃接在IC₁的负输入端，IC₁的正输入端接地，R₄并接在IC₁的输出端和负输入端之间；R₅接在IC₂的负输入端，IC₂的正输入端接地，R₆并接在IC₂输出端和负输入端之间。

4、按照权利要求1或2所述的校验仪，其特征在于90°移项积分电路是由电阻R₇串接在运算放大器IC₃的负输入端，电容C₁并接在IC₃的输出端和负输入端之间，IC₃的正输入端接地，电阻R₈、R₉、电容C₂组成T型电路并接在C₁两端所组成；比例放大器是由电阻R₁₀串联在运算放大器IC₄的负输入端，电阻R₁₁、R₁₂、串联后并接在IC₄负输入端和输出端之间，R₁₁、R₁₂的接点接有单刀开关K₁₃，K₁₃可选择1：1和1：2.91的放大信号，得到以“％”或“分”为单位的信号。

5、按照权利要求1或2所述的校验仪，其特征在于电压跟随器是由三个并联的运算放大器IC₅、IC₆、IC₇所组成，其中，电容C₃串联在IC₅、IC₆、IC₇的正输入端，并通过电阻R₁₆后接地，电阻R₁₃、R₁₄、R₁₅分别并接在IC₅、IC₆、IC₇的输出端与负输入端之间，IC₅、IC₆、IC₇输出端并接。

6、按照权利要求1或2所述的校验仪，其特征在于百分表指示部分为：

（1）电流百分表中：运算放大器和电阻分压是由隔离变压器T₁的二次绕组一端接地，另一端输入 运算放大器IC₈的正输入端，IC₈的输出端和负输入端之间并接电阻R₁₁₆，IC₈负输入端接R₁₁₅后接地，IC₈、R₁₁₆、R₁₁₅组成2倍的比例放大器，IC₈输出端接由串联电阻R₁₁₈、R₁₁₉、R₁₂₀、R₁₂₁组成的电阻分压器，分别接在K₁₆的四个接点上，经K₁₆选择可得到额定电流值为0.5A、1A、2A、5A，而输出额定值为0.1V的电压信号，K_1b另一端串联电容C₁₀₁和运算放大器IC₁₀的正输入端，IC₁₀的输出端串接保护电阻R₁₂₄后接由二极管D₃、D₄、D₅、D₆组成的桥路的一端，桥路另一端接IC₁₀的负输入端，并通过电容C₁₀₂与电阻R₁₂₂和R₁₂₃串联接点相接，R₁₂₃的另一端接地，R₁₂₂另一端接在IC₁₀的正输入端，在桥路中间接入100μA表头和保护二极管D₇、IC₁₀、D₃、D₄、D₅、D₆、100μA表头和C₁₀₂、C₁₀₃、R₁₂₃组成线性AC－DC转换器；

（2）电压百分表是：电压互感器T₂一次绕组的二个端点a、x之间并联电容C₀，二次绕组一端接地，另一端接由串联电阻R₁₀₁、R₁₀₂、R₁₀₃、R₁₀₄、R₁₀₅、R₁₀₆、R₁₀₇、R₁₀₈、组成电阻分压器后接地，开关K₂接分压器上各对应点以得到乘0，1、乘1、乘1.1、乘1.2、乘1.5、乘2、乘2.2的电压百分表倍率，通过K₂选择接输入到运算放大器IC₉的正输入端，电阻R₁₁₁并接在IC₉的输出端和负输入端之间，并联接电阻R₁₁₀后接地，由R₁₁₁、R₁₁₀、IC₉组成三倍的比例放大器，IC₉输出端接以由串联电阻R₁₁₂、R₁₁₃、R₁₁₄组成的分压器，分别接入开关K₁6的对应点，得到以分别为额定电压值为100V、100／

V、100／3V，而输出定值为0.1V的电压信号，通过K₁₆的选择，联接C₁₀₁输入到IC₁₀正输入端，再通过由IC₁₀及其相接的电阻、二极管、电流表，组成线性AC－DC转换器，与电流百分表同电路，由百分表指示。

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