[发明专利]基于电阻分压分时采样自校准的宽量程直流电压测量装置

说明书

本发明基于电阻分压分时采样自校准的宽量程直流电压测量装置，包括电阻分压器等；电阻分压器用于将被测高电压分压成低电压信号从低压臂输出，输出的低电压信号经保护电路后达到信号调理电路；信号调理电路用于将接收到的电压信号先进行滤波，后经过多档调理电路调理至信号采样电路的模拟输入前端可接受范围；信号采样电路用于同步采样调理电路的多路输出电压信号；微处理器将来自信号采样电路的数据进行处理后开展多档位选择并按照分压比计算被测电压，最终结果经通讯电路输送给其它需要电压信号测量结果的终端设备，此外微处理器还通过控制电子开关动作，并通过对电阻分压器低压侧输出电压的分时采样来实现电阻分压器高压臂电阻值的自校准。

技术领域

本发明涉及船舶工程、电气工程、仪器科学与技术领域，特别涉及舰船供电技术领域，涉及高电压技术方向，具体是一种基于电阻分压分时采样自校准的宽量程直流电压测量装置。

背景技术

直流高电压的测量方式主要分为三种：直接作用物理效应法、光学法和分压法。

第一种直接作用物理效应法，通过观测直流电压直接作用时产生的各种物理效应来实现对直流电压的测量。包括静电电压表法、高压加速法、棒-棒间隙法等。

静电电压表法，当两个相对的电极上施加电压时，两电极之间的电场E与外加电压U成比例，可以通过测量静电力的大小，或测量该静电力作用下某一极板的偏移量来计算施加电压。静电电压表根据是否接触被测物体分为接触式和非接触式：接触式静电电压表体积大、质量重、抗干扰能力差，在100kV情况下最高准确度为1％；非接触式静电电压表体积小、抗干扰能力相对有所提高，但准确度一般在5％～20％，进一步提高测量准确度需要电路结构复杂的后级调理电路，成本相对较高。

高压加速法，用直流高压加速电子束产生X射线，根据量子力学理论，电子从电场获得的能量与电子波的频率有关，通过光谱法测量电子波的频率就可以计算出施加在加速电极上的电压值。这种方法下直流电压的基本测量范围在40～120kV，测量准确度可达到0.15％，但是成本相对较高，且安装不便。

棒-棒间隙法，空气在一定场强下将发生碰撞游离，均匀场强下空气间隙内的放电电压大小与间隙距离有稳定关系，因此可利用间隙放电来测量电压。棒-棒间隙法测量直流电压时，对使用环境的大气条件(绝对湿度、间隙范围等)要求高，测量时需要对非标准状态的实际大气相对密度和绝对湿度进行校正；且需要对棒-棒间隙进行放电才可以测出电压，使用很不方便。棒-棒间隙法通常作为实验室测量直流高电压的标准，用于校核直流电压测量装置。

第二种光学法，利用晶体的特定物理效应(如光电效应、逆压电效应等)来感应电压，并利用光纤传感技术完成信号传输，利用光学法测量电压的仪器称为光学电压互感器。

光电效应，是指某些各向同性的晶体材料在外加电场的作用下显示出光学各向异性，其折射率随外加电场而变化，出现双折射的现象，可通过检测两束偏振光的相位差或检测光波的偏振态来计算外加电压大小。光电效应主要分为两类：一是，晶体折射率与所加电场强度的一次方成正比的Pockels效应；二是，晶体折射率与所加电场强度的二次方成正比的Kerr效应。

逆压电效应，是指压电晶体受到外加电场作用时，晶体沿电场方向伸长而产生应变的现象，应变会随电场的消失而消失。将逆压电效应引起的晶体形变转化为光信号的调制，检测出光信号，即可测得外加电压的值。

光学电压互感器，使用特定晶体作传感材料，使用光纤传输信号，且有非接触、抗干扰等特性，故具有极好的绝缘性能，较高的安全性和可靠性。但由于其性能主要取决于晶体性能及光路结构，因而对晶体材料的稳定性、光路结构、分立光学元件的工艺、温度及应力补偿等有极高的要求，否则会存在电荷飘移问题、传感器的温度及振动稳定性问题、长期运行稳定性和可靠性问题等，且体积相对庞大、成本相对较高。

第三种分压法，利用电阻分压器和低压器件测量直流高电压。低压器件测量电阻分压器低压臂的电压后，根据分压器的分压比计算被测高电压的值。