[发明专利]一种建立超低频电压标准及实现量值传递的系统及方法

说明书

本发明涉及一种建立超低频电压标准的方法，基于双加热丝热电变换器输出热电势的平方特性，建立超低频电压交直流转换系统，实现两路幅值相等的正交低频电压信号与直流电压的等效转换，将超低频电压溯源到直流电压标准，建立超低频电压标准，解决了10Hz以下交流电压无法实现交直流转换的难题，为10Hz以下的交流电压测量提供了溯源标准。本发明还结合差分采样系统，以其中一路低频电压为参考标准，通过差分采样测量被测低频电压与超低频电压标准之间的差值对被测低频电压进行校验，实现了超低频电压标准的量值传递。

技术领域：

本发明属于交流电压计量标准领域，特别涉及一种建立超低频电压标准及实现量值传递的方法。

背景技术：

目前我国交流电压国家标准的频率下限为10Hz，而在国际计量局公布的各国计量院校准能力中，交流电压校准能力的最低频率也仅为10Hz，无法满足更低频率交流电压的溯源需求。对于10Hz以下超低频信号的测量，在诸多领域都有应用，比如在土木工程、石油勘探、地震监测、精密加工和制造以及国防工业、航空航天等领域，均存在1Hz以下低频振动信号测量的需求，而振动信号的测量往往是通过传感技术转换为电信号实现的，因此建立超低频电压标准，实现量值传递对振动信号的测量具有重要意义。此外随着新能源汽车行业的发展，对于锂离子动力电池的计量校准也是电磁计量领域的一个热点问题，其中的一项主要工作是要建立超低频电压标准。另外在一些高电压试验中，超低频电压技术能有效解决设备体积重量过大的问题，并满足试验品中绝缘分布的要求。因此迫切需要解决10Hz以下超低频电压的量值溯源。

目前交流电压的量值溯源是以热电偶作为标准，通过交直流转换溯源至直流电压标准。对于热电偶，当输入交流信号u_ac与直流信号u_dc产生的热电势相等时，认为两信号是等效的，进而实现交流电量与直流电量的等效转换。热电偶输出热电势与输入电压之间的关系可表示为

E＝K*u²

其中K为热电偶灵敏度系数，由热电偶自身特性决定，u为输入电压。对于热电偶，在直流输入状态和频率高于10Hz的交流输入状态下，输出热电势E是一个常量。当频率高于10Hz时，热电偶自身交直流差较小，可作为标准实现交流电压和直流电压之间的等效转换。当频率低于10Hz时，由于热电偶自身频响特性的影响，对于热电偶而言，输入的交流信号可看作是变化的直流信号，其输出热电势不稳定，自身交直流差较大，已不适合作为标准进行交直流转换。因此目前国际计量局公布的各国交流电压标准的频率下限普遍为10Hz，还没有一种有效的手段能将10Hz以下交流电压溯源至直流电压标准。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种建立10Hz以下超低频电压标准的方法，将超低频交流电压与直流电压标准建立关系，实现超低频交流电压的量值溯源；

本发明的另一目的是实现超低频电压标准的量值传递，将被测超低频交流电压与电压标准建立关系，实现对被测低频电压的校验。

本发明是通过以下技术方案实现的：

建立超低频电压标准，是通过超低频电压交直流转换系统，将超低频电压与直流电压实现等效转换，使超低频交流电压溯源到直流电压标准。超低频电压交直流转换系统包括上位机1，直流电压源2，标准直流电压表3，正交信号发生器4，跟随器5，跟随器6，交直流转换开关7，交直流转换开关8，双加热丝热电变换器9和纳伏表10。上位机1通过IEEE-488总线分别与直流电压源2、直流标准电压表3、正交信号发生器4、交直流转换开关7、交直流转换开关8和纳伏表10连接，实现系统自动化控制。正交信号发生器4通过跟随器5、跟随器6分别与交直流转换开关7、交直流转换开关8连接，直流电压源2分别与直流标准电压表3、交直流转换开关7、交直流转换开关8连接，交直流转换开关7、交直流转换开关8与双加热丝热电变换器9连接，双加热丝热电变换器9连接到纳伏表10。

建立超低频电压标准的方法，包括以下步骤：