[实用新型]一种用于电力测量的高压分压器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力测量技术领域，具体涉及一种高压分压器。

背景技术

高电压(1千伏以上)在电力传输、电子技术、加速器相关的科研中使用日益普遍。在很多情况下，比如测量高电荷态离子双电子复合共振能量时，人们需要精确的知道高电压值。对于超过1千伏的高压，直接测量往往会造成测量仪器的损坏，目前人们使用的精密高压分压器对高压进行分压后测量，绝对精度都在1％左右，远远不能满足科研的要求。其中主要原因是无法解决电阻的温度系数和电压系数带来的误差。

发明内容

本实用新型目的在于提出一种能实现高精度测量的高压分压器，其精度可达到高于百万分之一(1ppm)。

本实用新型提出的一种用于电力测量的高压分压器，其原理如附图1所示，高电压U加在串联的电阻R₁和R₂上，那么R₂两端的电压U_out可以表达为

U_out＝UR₂/(R₁+R₂)

R₂/(R₁+R₂)称为分压比，通过分压可以由测量低电压来测量高电压。可是R₁和R₂的阻值是随着温度和电压变化的，称为温度系数和电压系数。为了减少温度系数带来的误差，以及对电压系数进行修正，本实用新型采用了新的设计，结构如图2所示。该高压分压器由金属球冠1、内筒2、外筒13、高阻值电阻R₁、低阻值电阻R₂、滤波电容5、信号输出BNC接口6、内筒温度传器4、外筒温度传感器10、加热电阻8和温度反馈控器9经电路连接组成，其中，内筒2设置于外筒13中，内筒与外筒之间由挡板3固定；内筒与外筒之间有间隙，挡板3下端部开有圆孔14，挡板3下端圆孔14外安装有风扇7，在风扇7的作用下，使空气在内筒和外筒之间循环流通；金属球冠1设置于外筒13的顶部，用于连接待测高压端，高阻值电阻R₁和低阻值电阻R₂串联，并设置于内筒中，高阻值电阻R₁上部与金属球冠1连接，低阻值电阻R₂下部接地；加热电阻8设置于外筒3内侧下部、内筒外侧底部下面；温度反馈控制器9通过外筒温度传感器10测量到的温度控制加热电阻8的加热功率，温度反馈控制器9采用PID控制(比例、积分、微分控制)；滤波电容5和信号输出BNC接口6连接在低阻值电阻R₂的两端。

本实用新型中，内筒2内可以填充耐高压的六氟化硫气体，以提高放电电压阈值。高阻值电阻R₁、低阻值电阻R₂可分别由高阻值的电阻串和低阻值的电阻串组成，电阻串的电阻个数和阻值由具体的设计要求确定。连接R₁和R₂的焊点需经过打磨光滑处理，以避免尖端放电。

为了进一步减小温度带来的分压比误差，本实用新型采用高精密金属模电阻来组成R₁和R₂，另外利用恒温箱测量所有电阻的温度系数，对电阻进行遴选，选出的所有电阻温度系数小于50ppm/℃。当R₁>>R₂时，分压比的温度系数等于R₁和R₂的温度系数之差，利用这个原则，本实用新型把高阻值电阻和低阻值电阻进行匹配，使分压比的温度系数达到最小(绝对值小于10ppm/℃)。对于电压系数，我们利用Keithley公司的6¹/₂位电压表MODEL2701和MODEL2000在0～1100伏范围内测量了各个电阻的阻值随着电压的变化，利用已知电磁理论和量子理论公式进行拟合，得出拟合参数，对分压比作出修正。为了让电阻更加稳定，加长校刻周期，所有电阻都经过长时间在不同电压和不同温度条件下的老化。

本实用新型的工作过程如下：