一种精密互感测量的新方法

　　1　引　言

　　互感量是电磁计量的基本量,并且是相角计量和磁通计量的基础。传统的国家互感基准是建立在康贝尔线圈基础上的[1]。这种互感基准是借助激光干涉仪对互感的几何结构进行精密的测量,然后用微差法对基准器进行精密的调节,最后根据测量到的线圈的几何参数和物理参数进行精密的电磁场的计算和修正从而得到互感值。这种方法首先要求制作一个标准康贝尔线圈,互感的精度极大地依赖于线圈加工和几何参数的测量精度。其次,互感值是通过电磁场计算得到的,这种计算要求没有铁磁性物质对磁场的影响,所以要求无磁环境。这两方面的要求大大限制了此种方法的精度提高和使用范围,一般只有国家级的计量院利用这种方法建立互感标准。目前利用这种方法确定的互感值的最小不确定度是由英国NPL给出的为2×10-6[1],我国互感基准的不确定度现为1×10-5

　　[2]。而目前由我国首次提出的依据互感导出质量量子标准的方法

　　[3]对互感测量准确度的要求大大提高,传统的互感测量方法已不能满足需要,所以我们发展了一种新的互感测量方法。

　　2　基本测量原理

　　图1为本文介绍的精密互感测量方法的原理图。其中,i(t)为原边激励电流;u(t)为副边感生电势。

　　如果输入的原边激励电流由0至终值I∞呈线性变化,则副边的感生电势为一矩形波。

　　从式(1)可知,如果激励电流i(t)的斜率和感生电势u(t)的大小准确可知,即可准确定出互感量值。但是,要从电路上保证i(t)斜率的线性是非常困难的。为克服此困难,本文提出了一种新方法,即对式(1)两边积分,得到如下公式:

　　式(2)的左边为感生电势曲线的面积,右边则为互感量与输入激励电流的终值的乘积。式(3)中分母上的I∞是个稳定电流,很容易进行精密测量;分子上的积分量可由现代的数字积分器求出,这样一来经典方法中最为困难的精密线圈制造及几何尺寸测量在本方法中不再出现。用本方法可以达到比经典的方法更好的结果。

　　3　寄生参数对互感测量结果的影响

　　式(1)所示为理想互感的测量原理。实际的互感线圈中会存在寄生参数的影响,例如,互感线圈需要一定的匝数,并且通常要绕很多层,所以线圈的各匝之间和层与层之间都会存在寄生电容,由于导线的绝缘性能不好,一般会存在导线间的泄漏电导,并且线圈导线会存在电阻、测量引线会存在寄生电感等,这些寄生参数对互感测量的影响需要仔细分析。

　　图2为实际使用的互感的原理图,寄生参数如互感线圈的导线电阻、寄生电容等已在图中标出。