[发明专利]通过补偿法测量交流互感的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建立计量标准仪器的新技术，具体而言，涉及一种通过补 偿法测量交流互感的装置和方法。

背景技术

我国具有丰富的稀土金属资源，可用于生产优质磁性材料。以前我国的稀土 金属大多以原材料的形式廉价出口，国外利用这些材料制成高档仪器(如医用 人体核磁共振成像仪等)再销售到我国，取得大量利润。要改变这种情况需要 制作高准确度的磁测量仪器精密测量磁性材料的特性，使我国也能用自己的稀 土资源生产出优质磁性材料。磁测量仪器的准确性需溯源到磁通标准来保证， 所以磁通标准在磁测量领域中是一种最重要的基础性标准。在电工学中，精密 磁通量标准由两个线圈的互感来导出。

互感量是电磁测量技术中的一个重要量。在交流测量中，互感由于其优异的 90度角特性，常被用作交流补偿器中的直角分量提供者。在直流测量中，则常 用于提供标准磁通量。此外，互感量测量不确定度的提高对于其它电学、磁学 测量问题也有重大价值。

目前国外文献上发表的最精密的建立标准互感量的方法是根据对互感线圈 的几何尺寸进行测量的结果计算出互感量。由于几何尺寸测量准确度的限制， 到目前国内外互感测量技术仍然停留在上世纪七十年代的水平，不确定度保持 在2×10^-6量级，近几十年来一直没有新的进展。本发明提出了一种精密测量互 感的新方案，结合补偿器技术和相敏检波技术，把互感量值溯源到频率和电阻 的测量。频率测量的不确定为10^-14量级，量子化霍尔电阻基准的不确定度也可 达10^-9量级。因此本发明提出的新方案从原理上就优于国内外现有方案。

发明内容

为了实现上述发明目的，根据本发明的第一个方面，提供一种通过补偿法测 量交流互感的装置，其特征在于，所述装置包括多路信号发生器、恒流源、数 字锁相放大器和开关，所述多路信号发生器产生激励电压补偿电压和参 考电压激励电压是恒流源的参考电压，补偿电压与激励电压的频率、 幅值和初始相位相同，参考电压是与激励电压和补偿电压同频的方波信 号，所述恒流源包括激励电压运算放大器、缓冲器和采样电阻R_S，所述数 字锁相放大器用作电桥指零仪，在测量交流互感的过程中，在调节激励电压的幅值和相位、所述多路信号发生器的频率ω和补偿电压的相位使所述电 桥指零仪实现指零之后，通过对所述频率ω和所述参考电阻R_S进行测量，从 而获得交流互感的测量值M。

优选地，所述测量值M等于所述频率ω和所述参考电阻R_S的数值之比。

优选地，在根据本发明的上述装置中，由同一个晶振提供时钟参考，并由 同一个电压基准提供电压参考。

优选地，所述多路信号发生器包括波形存储器，所述波形存储器中保存有波 形的幅值信息。

优选地，使用低频交流信号为所述恒流源提供激励，并用所述恒流源为互感 提供电流。

根据本发明的第二个方面，提供一种通过补偿法测量交流互感的方法，其特 征在于，所述方法利用多路信号发生器、恒流源、数字锁相放大器、开关和参 考电阻R_S实现针对交流互感的测量，所述方法包括步骤：所述多路信号发生器 产生激励电压补偿电压和参考电压激励电压是恒流源的参考电压， 补偿电压与激励电压的频率、幅值和初始相位相同，参考电压是与激励 电压和补偿电压同频的方波信号；调节激励电压的幅值和相位，使得用 作电桥指零仪的所述数字锁相放大器指零；调节所述多路信号发生器的频率ω 和补偿电压的相位使所述电桥指零仪实现指零；通过对所述频率ω和所 述参考电阻R_S进行测量，获得交流互感的测量值M。

优选地，所述测量值M等于所述频率ω和所述参考电阻R_S的数值之比。

优选地，在根据本发明的上述装置中，由同一个晶振提供时钟参考，并由同 一个电压基准提供电压参考。

优选地，所述多路信号发生器包括波形存储器，所述波形存储器中保存有波 形的幅值信息。

优选地，使用低频交流信号为所述恒流源提供激励，并用所述恒流源为互感 提供电流。