感应分压器检定规程模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
感应分压器检定规程(试 行)
JJG 244-81
Verification Regulation of Inductive Voltage Divider
本检定规程经国家计量总局于1981年2月11日批准, 自1982年6月1日起施行。
归口单位: 中国计量科学研究院
起草单位: 中国计量科学研究院
主要起草人: 张功铭 赵复真
本规程技术条文由起草单位负责解释。
感应分压器检定规程
本规程适用于新制造的、 使用中和修理后的音频感应分压器, 包括低压(200V以下)和高压的(1000V以上)、 单盘和多盘的、 自耦式和隔离式音频感应分压器。
一、 概 述
1 感应分压器结构
单盘感应分压器从结构上可认为是一个公共环芯上, 由几个密耦合绕组串联起来提供电压比率的器件。它具有分压比接近匝比的特点。如图1所示, 它是一个自耦式感应分压器, 具有二个输入端, 二个输出端和一个分压输出端, 在输入端①、 ②之间加上输入电压E入, 在输出端④、 ⑤之间可给出被分出的电压E出, 与此同时, 在输出端③和分压输出端⑤之间的电压为E入-E出, 这部分电压与E出的比可提供一个电压比作为电桥比率使用。

图1 感应分压器示意图
多盘感应分压器是包括几个单盘感应分压器的电势迭加电路, 各盘的电势按一定的比率衰减, 因此能够获得连续可调的分压输出。图2所示, 是一个多盘感应分压器的原理线路, 2(a)是串联连接方式, 2(b)是并联连接方式, 2(c)是隔离变压器连接方式。
从电路原理来定义感应分压器, 能够把单盘或多盘感应分压器看成五端网络, 此网络具有两个输入端①、 ②, 两个输出端③、 ④和一个分压端⑤。当作为分压器使用时, 构成输入端为①、 ②, 输出端为④、 ⑤的四端网络。在接上电源和负载的情况下可视为两端口网络, 但按1978IEC-13B规定的感应分压器定义, 在负载可忽略的前提下, 能够四端网络来定义感应分压器, 即一个自耦式感应分压器或一个隔离式分压器能够图3所示的四端网络来定义。

图 2 多盘感应分压器的原理图

图 3 感应分压器四端网络定义
2 传递比率的定义
感应分压器开路输出电压复量与输入电压复量的比值, 即:

感应分压器的传递比率亦称为感应分压器的分压系数。
3 传递比率的误差
感应分压器传递比率误差△D=名义传递比率-实际传递比率
由于感应分压器的传递比率误差是复量, 它可分为实部和虚部分量(α=jβ), 因此传递比率误差, 其模为:

比差α=输出电压的实部误差与输入电压的比值。
角差β=输出电压的虚部误差与输入电压的比值。
传递比率的实部误差是感应分压器检定的主要指标, 一般简称为比差。传递比率的虚部误差, 由于它表示相移的关系, 而且一般数值不大, 因此一般以β=tgθ(为输出电压复量相对于输入电压复量的相移)的关系来代替, 并称之为角差, 以微弧度来表示。
实际上, 感应分压器的总的误差表示式为:

式中: N--感应分压器的总段数;
ni--感应分压器抽头的序号;
r--感应分压器各段绕组的电阻;
l--感应分压器各段绕组的漏感;
g--感应分压器各段绕组的分布电导;
C--感应分压器各段绕组的分布电容;
ω--角频率。
把△D表示式中的实部和虚部分开, 以α表示实部, β表示虚部, 则
△D=α+jβ
式中:

按上列关系式得出典型的感应分压器误差分布, 如图4所示, 比差和角差的分布状态都是S型曲线, 与正弦曲线非常近似, 进一步能够看出, 比差基本上随ω2变化, 而角差基本上随ω变化。

图 4 典型感应分压器(非等电位屏蔽绕组)的误差分布图
4 感应分压器结构参量
4.1 测量绕组的输入阻抗: 感应分压器输出端开路时, 对电源所呈现的阻抗。对组合铁芯结构(双级)的分压器是指测量绕组输入端的阻抗, 但此时激磁绕组由一个与测量绕组相同幅值和相位的电压来供电。
4.2 激磁绕组的输入阻抗: 在组合铁芯结构(双级)的分压器中, 当测量绕组由一个与激磁绕组相同幅值和相位的电压来供电时, 激磁绕组对电源所呈现的阻抗。
4.3 输出阻抗: 指当分压器输入端短路时, 分压器对任意负载所呈现的阻抗。输出阻抗与分压器的分压端位置有关, 其电抗部分还与频率有关, 但能够测定出极大输出阻抗。
4.4 极限工作电压: 输入电压的允许数值不得超过下列规定:
4.4.1 制造厂所规定的极大工作电压(均方根值)Uc
4.4.2 在较低频率下, 电压与频率的关系: Uf=kf式中: Uf--以V为单位的电压值;
k--制造厂给出的系数;
f--频率, 以HZ为单位。
二、 技术要求及检定条件
5 感应分压器准确度
在感应分压器国家标准未颁布前, 感应分压器的准确度, 暂按比差和角差评定。比差的准确度规定于表1, 对角差在检定证书中应同时给出检定数值。
6 外观及标记
6.1 感应分压器外貌上应当无机械损伤及裂痕, 标记应齐全清晰, 便于读数。各盘有分压系数和表示位置的数字, 开关转动灵活, 输入端和输出端应当连接可靠, 部件齐全, 屏蔽接地方式应有标记, 工作电压和频率应当表示出来, 准确度及出厂编号均应明确, 有封印的不得随意启封。
6.2 标记:
6.2.1 制造厂名称。
6.2.2 产品型号。
6.2.3 产品编号。
6.2.4 准确度。
6.2.5 工作电压范围。
6.2.6 工作频率范围。
6.2.7 测量范围。
表1

6.2.8 接线端钮文字标记。
6.2.9 屏蔽和接地方式标记。
6.2.10 放置位置符号。
6.2.11 各盘的分压系数。
7 感应分压器测量电路与外壳之间的绝缘电阻, 按制造厂给出的技术条件要求。
8 感应分压器的输入端与外壳之间的绝缘强度, 按制造厂给出的技术条件要求。
9 检定条件

表2

感应分压器应在表2规定的条件下进检定。
感应分压器在作分压器使用时, 屏蔽应接在分压器的低端(0端)。感应分压器在作其它方面使用时, 应按实际要求连接屏蔽, 并应在相应的屏蔽方式下进行检定。
三、 检定项目及检定方法
10 外观及标记的检查, 应符合本规程8.1款及8.2款的要求。
11 绝缘电阻及绝缘强度的检定, 应符合本规程第7条及第8条的要求, 绝缘强度在周期检定时可不进行
12 基本误差的检定
12.1 单盘感应分压器的检定:
12.1.1 两向平衡参考电势法: 原理性线路如图5所示。

图 5 用两向平衡参考电势法检定单盘感应分压器示意图
图中: Fx-被检定感应分压器; △1-补偿器示值, 分实部FG--屏蔽保护电位分压器; 和虚部; △1=αi+jβ
Fs-参考分压器; S、 S'-倒向开关, 联动
检定原理如下: 设被检定感应分压器Fx的各段电势Ed相对于其平均值E0的偏差为δxi, 则分压抽头的分压系数误差△Di=i∑ 1 δxi , 如以降压比为N的参考分压器提供一段电势Es, 它的名义值接近于E0, 设其与E0之差为δ, 并称它为参考电势误差, 当以参考电势Es与各段电压Ed逐段比较, 并用补偿器使回路平衡, 则有

如在检定过程中认为参考电势不变化, 则δs为常数, 而且对分压器来说N ∑1δxi≡0, 于是(
4)式为

(6)式说明在检定过程中, δs值能够经过N次补偿器示值△i的算术平均值计算出来, 而且进一步把(6)式代入(3)式中, 能够把δxi计算出来。
由于△Di=i ∑1 δxi于是被检定分压器的传递比率误差即可获得, 这种方法对于低频和低压情况, 能够满足前面的δs为常数的假设, 因此能够成立, 但对于高频和高压, 例如常规结构的分压器在5kHZ以上、 100V以上时, 由于分布参量引起泄漏而使检定方法带来了很明显的误差, 分布参量与各段的导纳和分布电容有关, 以Y0=G0+jωC0来代表, 按照自耦式感应分压器的基本误差分析可知, 它对各段的影响有下列规律:

由于这些分面布参量的存在, 加上感应分压器是在各段电位分布不相同的条件下检定的, 由于不同的电位分布, 使得检定装置出现随着各段电势的变动而变化的泄漏, 这就给检定结果带来了一个随着电位逐段增加而逐渐增大的系统误差, 这个误差的关系式:

式中: k'--误差曲线的斜率;
ω--角频率;
E0--段电势的平均值;
n--段数;
C0--等效分布电容;
Z--检定回路中的等效阻抗。
在高频和高压下ω、 E0都变大, 因此△Es就愈来愈大, 大大地影响检定结果, 可是这个误差是属于系统性的, 假如采用对称消除方法, 即在反向电位分布情况下, 把感应分压器再检定一遍, 此时, 对同一分压器各段的泄漏误差是以反符号出现的, 由于绝对值大致不变, 因此有可能用二次结果平均值的方法得以消除, 为此用换向开关改变Fx的电位分布, 即可达到此目的, 这就是两向平衡法的基本点, 采用两向平衡时, 检定结果做如下处理:

式中: △i正--在第i段正向平衡时, 补偿器示值;
△i反--在第i段反向平衡时, 补偿器示值。
从而得到各抽头的传递比率误差:

两向平衡参考法, 在1kHZ下准确度为±3×10-9, 10kHZ下为±×10-7。
实施两向平衡参考法时, 要注意保护电位的同步调节, 务使指零系统的屏蔽与芯线之间的电位差趋近于零, 避免空间干扰, 并注意被检分压器的屏蔽连接方式。
12.1.2 参考绕组两次平衡方法: 如图6所示, 利用一个固定的参考绕组, 在相对检定方法中提供一个参考电势Es, 当与被检分压器一段比较时, 先作一次引入参考电势的状态下的段平衡, 然后作一次引出参考电势状态下的零平衡, 从段平衡时补偿器示值△i(i-1,s)减去相应零平衡时补偿器示值△i-1,i-1, 则得到被检分压器第i段电势与参考电势的比较关系, 因而应用12.1.1中所介绍的单向参考电势法即可求得δxi和△Di。
实施参考绕组两次平衡法, 依然要采用等电位保护, 辅助分压器应当与被检分压器具有相同的N值, 用它提供的电位把参考绕组的电位提升, 但它对准确度要求不高, 在两次平衡过程中它的误差可消除。
在实施这个方法时, 引线压降对测量结果有影响, 应当采取技术措施加以消除(见12.2.1c)。
这个方法要求参考绕组所提供的电势保持恒定, 但在不等电位分布的参考法检定中, 参考绕组的变动是必然的, 因此这个方法的系统误差问题应加以消除。
如果消除系统误差, 这个方法在1kHZ可达2×10-8,10kHZ下可达1×的准确度。
12.1.3 参考绕组相对平衡法: 原理图见图7。被测分压器接到电源0和10端, 微差补偿器串接在参考变压器的电压绕组的高端。微差补偿器提供电势γU0(γ是微差补偿器的比率系数), 它与U0是叠加的, 于是得:

图 6 参考绕组两次平衡法检单盘感应分压器原理图

式中: E--被检分压器的两端压;
Ux--被检分压器的输出电压;
Us--参考分压器的输出电压;
D〃s--参考分压器电压绕组抽头的分压系数;
D's--参考绕组的变化;
D7--七位分压器的分压系数;
Ds--参考分压器总的分压系数(即Ds=D〃s+D'sD7)。

图 7 参考绕组相对平衡法原理图
当Ds值调节到Ds的标称时, 微差补偿器的输出电势使线路平衡, 则微差补偿器的读数值直接为Dx的相对误差。
参考绕组相对平衡法的准确度与参考组绕两次平衡法的准确度一致。
12.2 多盘感应分压器的检定:
12.2.1 相对法检定: 原理图见图8所示。

图 8 感应分压器的相对检定线路
Fs-标准分压器; Fx-被检分压器; FG-保护电位分压器
当已建立了标准分压器以后来, 要对法就是很有用的方法, 因为它能够实现整体检定。
设标准分压器的传递比率误差为△Dsi, 被检分压器的传递比率误差为△Dxi, 对于i抽头用微差补偿器来补偿其差值, 使指零仪指零, 设其差值为△i, 可是

式中: E入--电源电压;
△i--微差补偿器的示值, 可视为误差改正值;
D0--分压系数的名义值。
a 被检定点: 如由m个单盘十进感应分压器组成的一个m盘感应分压器, 则它的示值组合数有10m个, 如m=8个, 则示值数目达108个, 要逐个检定是不可能的。按照实际情况分析, 根据当前感应分压器的指标和结构特点, 一般说来, 只检定前三盘及盘与盘之间的负载影响就能够大致确定该分压器的误差存在范围, 如再加上一些必要的附加检定, 就更可靠地迫近于这个分压器的误差界, 这样一来仅考虑103个点就能够了, 事实上, 每台感应分压器要检定103也是不容易做到的, 因此还能够进一步淘汰一些误差变化不大的组合, 根据大量实验结论得到下面的一个选点方案, 见表3。
b 零位电势: 用微差补偿器直接检定。
c 引线改正: 在相对法检定时, 引线压降应预先消除, 一般引线压降可能在1×10-6～1×10-8的范围内, 视分压器具体输入阻抗而定。消除引线压降方法能够是多种多样的, 这里介绍一种简易可行的方法, 将被检分压器和标准分压器的输入端, 以直径约1mm、 长约1m的裸铜线相对连接, 如图8所示, 输出端用指零系统连接。
利用电源A、 B端在连接线上的分压作用, 能够让A点到Fs的压降与A点到Fx的压降自动抵消, 同样能够让B点到Fs的压降与B点到Fs的压降自动抵消。如A为高电位, B为低电位, 则FG放到零时, 把a、 b分别放到Fs和Fx的输入低端, 移动B点使指零仪指零, 当然此时应经过微差补偿器的正交分量, 作辅助调节, 力求实部指零, 则B点即达到要求的位置, 此时B点两侧的压降相互抵消。同样 FG放到10, 把a、 b分别放放高端, 调节A点位置, 使指零, 当指零仪零时, 则A点达到要求的位置。这样调节以后来, 即说明Fs的输入端电压与Fs输入端电压一致。然后a、 b引线放到Fs和Fx的输出端, 于是在调节FG的同时, 能够作相对检定。这个调节方法, 如注意到两根引线的空间面积尽可能减小和相对固定的话, 则这个调节效果甚佳, 有整个音频范围内都适用。

多盘感应分压器被检定点选择方案(对8位分压器而言) 表3

减小的引线压降的另一方法, 就是利用组合铁芯结构中, 测量绕组中等效阻抗特别是等效输入阻抗增大的原理, 将测量绕组和激磁绕组的连接分开, 延伸到被检分压器的输入端再连接起来, 这样在测量绕组内引线的压降能够减小, 这个方法对检定±1×10-7的分压器可行, 但对于10-8量级的检定, 尚有影响。
另外还有在引线中注入微差电势抵消压降的方法, 但由于设备复杂而且不够稳定, 还存在着一些缺点。
如不采用自动补偿, 可采用微差测量系统直接测出引线压降, 按理论计算进行改正的方法对于单盘感应分压器来说是可行的, 特别是在不同场合下测量比对数据时, 往往要采用理论改正的方法, 如在高端上有引线压降Vl, 则Vl对各段的电势有Vl/N的影响, 对nl抽头来说就有Vl/nnl的影响, 因此对各抽头来说, 只要相应减去n/NVl, 就能够消除Vl对各抽头的影响。同样当低端有引线压线V'l(N-Ni/N)。如高端和低端同时改正, 则可按代数和来计算, 见下列(表4): Vl=-20×10-9, V'l=-10×10-9。
12.2.2 互检法--多盘感应分压器绝对检定方法: 这个方法是建立在相对检定和多盘参考分压器的基础上, 也是将参考电势法与相对法结合起来, 并利用两个多盘参考分压器(串级)相互检定的原理, 来核对检定结果的方法。这个方法的特点是两台互为参考的分压器可同时得出检定结果, 而且是在原位下达到绝对检定。
多盘感应分压器互检法的原理如下: 如图9所示, 有两台串级连接的多盘感应分压器A和B, 按相对法线路连接, 用微差补偿器读出其差。当以B为参考, 检定A时作两次平衡, 以B分压器的第二盘全部电势作为检定A分压器第一盘各段的参考电势, 然后把分压器的第二盘电势放到零位, 此时对A、 B分压器作i-1段的零平衡。当引入参考电势时, 作A分压器i段与B分压器i-1段加上参考电势时的平衡, 称为段平衡。从段平衡时的△i,(l-1,s)值减去零平衡时的△i-1,i-1值, 便得到A分压器的第i段电势与参考电势(B分压器第二盘电势)的比较关系, 由此按上述参考绕组两次平衡方法的道理, 能够求出A分压器的第一盘的δi和△Di。

表4

利用同样道理, 以B分压器的第三盘电势作为参考电势, 能够对A分压器的第二盘进行绝对检定。
同样, 以B分压器的第四盘电势作为参考电势, 能够对A分压器的第三盘作绝对检定。
图9示出互检法的工作原理是以B为参考, 以B分压器的第二盘总电势作为参考电势与A分压器第一盘各段进行比较的情况。
从段平衡关系得:

图 9 互检法原理图
从零平衡关系得:

这里说明: E的右上标①、 ②、 ③代表各盘的序号, 右下标代表各盘抽头位置, Ei代表相应各抽头位置上的输出电压。
将式(18)减去式(19)得:

由此按参考法可得:

这就是A分压器第一盘的检定结果。
其它各盘的检定原理如上分析。
这里应当指出: 如将A分压器作参考, 同样能够将B分压器检定出来, 由此可见A、 B分压器经过互检方法能够同时获得检定结果。
经过A、 B检定结果的数据, 计算出其差值, 能够与零平衡数据相比较。零平衡数据即A与B分压器的直接差值, 如在互检法结果中无意外的误差出现, 则这些数据都应在合理范围内重合。经过这样的措施能够检定互检法的可靠程度, 因此赋予了互检法独立性。
互检法能够绝对地在原位下检定多盘感应分压器, 但对选点问题仍未解决, 这已在相对法中考虑。实现这个方法时, 由于参考分压器有内部引线压降存在, 在消除引线压降时, 应将指零系统直接接在输出端上进行调节, 调节方法见12.2.1(C)所述。此时还应注意在消除低端引线和高端引线压降时第一盘示值应对应放到0到10点。
12.2.3 单盘过渡法检定: 此法是利用单盘绝对检定而对多盘感应分压器作相对传递的一种方法, 对多盘感应分压器整体检定很有用处, 特别在工厂生产条件, 利用两向平衡参考法检定几个N=7、 8、 9、 10、 11、 12的单盘感应分压器, 能够在”感应分压器检定装置”上分别按其相应段进行绝对检定, 其准确度在1kHZ以下是3×10-9, 这些N值不同的单盘感应分压器就相当于表5所列出的各种名义值的比率标准量具, 其准确度均为3×10-9(1kHZ时)。
以表5所列的标准比率量具与被检多盘感应分压器进行相对法检定, 即以N=7、 8、 10、 11及12各单盘感应分压器作标准, 把被检感应分压器的示值调定到表中所列的相应数值上进行比对, 其差值能够用补偿器测出, 这样的检定结果属于整体检定。由于标准量具的误差能够忽略不计, 因此被检定的多盘感应分压器便达到整体检定的目的。从实践中证明N=9时, 能够反映出串级连接的多盘感应分压器的极大误差, 当N=10时, 能够检定各种连接线路的感应分压器的第一盘, 当N取较多数值时, 能够反映出多盘感应分压器的极大误差。另外, 作为一个多盘感应分压器经常要求作万用比率臂使
用, 因此常见的几个比率亦应进行绝对检定。
当N=10时, 可检定1∶1、 1∶4、 1∶9;
当N=9时, 可检定1∶8、 1∶2;
当N=11时, 可检定1∶10;
当N=12时, 可检定1∶1、 1∶2、 1∶3、 1∶5;
当N=8时, 可检定1∶7、 1∶1、 1∶3;
当N=7时, 可检定1∶6。
总的来说, 综合以上检定, 一般变压器比率电桥及多盘感应分压器的常见比率均能作准确的整体的绝对检定, 其准确度为±1×10-8(1kHZ时)。
12.3 虚部补偿方法
当Fs采用等电位线路检定时, 虚部补偿线如图10所示, 由辅助多盘分压器Ff经过R-C网络注入虚部电势进行补偿。
当Fx一端接地时, 采用图11所示线路。

图 10 用R-C网络补偿虚部的方法

当N取下列数值时, N段分压器各抽头有下列相应比率 表5

图 11 当Fx一端接地时, 虚部补偿方法
四、 检定结果的处理
13 检定结果的评定
从检定数据中以误差形式给出比差和角差数据。
误差评定, 具有0～1.0之间无穷多个误差数列的性质, 从误差分布规律能够确定传递比率误差是有界的, 它存在着下界和上界, 即e下、 e上(e下是下界, e上是上界)。
如在检定准确度ε下进行检定, 则可取〔e下, e上〕±ε作为多盘感应分压器准确度评定依据。
以附录3第3节为例, 从检定数据中得到误差的下界为-15×10-8, 误差的上界为+53×10-8, 标准感应分压器的准确度为±1×10-8, 因此被检定多盘感应分压器的误差存在于〔-15,+53〕×10-8区时内, 其比差准确度评定为53×10-8±1×10-8。
这种评定误差的方法也适用于单盘感应分压器。
14 检定证书
14.1 检定证书格式见附录2。
14.2 检定证书应当给出在规定的电压、 频率、 温度和湿度下所检定的全部检定点的数据, 并明确给出准确度以及屏蔽连接的方式。
14.3 检定证书给出的数据有效位数应比被检感应分压器的规定准确度数值多一位, 数据按四舍五入化整。
14.4 检定后认为不合格的感应分压器不发给检定证书, 只给检定通知书, 能够降级使用。
15 检定周期
比差准确度指标在1×10-3～1×10-6范围内的感应分压器检定周期为二年, 其它比差准确度指标的感应分压器检定周期为三年。
附 录
附录1 检定系统
感应分压器的检定传递系统暂时分为三级传递, 按比差检定准确度为±1×10-8(1kHZ时), 角差检定准确度为±1×10-6(1kHZ时)的检定装置传递给比差准确度为±5×10-8(1kHZ时)、 角差准确度为±2×10-8(1kHZ)的检定装置。各级检定传递除最高一级用绝对法检定外, 其余各级均遵照标准的不确定度应小于被检分压器不确定度的1/3的要求进行检定传递。

检定系统见方框图。装置与装置之间的检定是经过过渡感应分压器进行比对时确定其检定准确度的。
对过渡感应分压器应当感标准感应分压器的要求, 但其比差能够比被检定装置的比差准确度低半个数量级, 但角差应当有相同的数量级。
附录2 检定证书格式

检定结果

注: 下次送检时必须带此证书

检定结果

检定结果

附录3 检定数据处理例
1 单盘感应分压器数据处理例见表1。
2 多盘感应分压器绝对检定(互检法)数据处理例见表2。
3 多盘感应分压器相对法检定数据处理例见表3。
4 单盘感应分压器检定多盘感应分压器数据处理例见表4。
单盘感应分压器绝对法检定记录(参考法)
V=10V f+1kHZ t=20℃
表1-1

证书编号: 检定员: 核验员: 日期:

单盘感应分压器绝对法检定记录(参考法)
V=10V f+1kHZ t=20℃
表1-2

证书编号: 检定员: 核验员: 日期:
多盘感应分压器绝对法检定(互检法)原始记录
送检单位 V=10V f+1kHZ t=20℃
仪器名称
型 号 生产厂
出厂编号
表2

证书编号: 检定员: 核验员: 日期:
多盘感应分压器相对法检定记录
送检单位 V=10V f+1kHZ t=20℃
仪器名称
型 号
出厂编号 生产厂
表3

续表3

续表3

证书编号: 检定员: 核验员: 日期:
单盘过渡法检定多盘感应分压器原始记录
检定单位
仪器名称 V= f= t=
型 号 生产厂
出厂编号 表4

续表4

续表4

证书编号: 检定员: 核验员: 日期:
附录4 感应分压器检定装置图
1 中国计量科学研究院感应分压器检定装置原理图, 见图1所示。
2 哈尔滨电工仪表研究所感应分压器检定装置原理图, 见图2所示。
3 中国计量科学研究院, 桂林电表厂XQS5型交流阻抗比较装置检定感应分压器的原理图, 见图3所示。
4 上海仪器仪表研究所感应分压器检定装置原理图, 见图4所示。
5 广州市标准计量检定所DS-79型感应分压器检定装置图, 见图5所示。
6 广东省计量科学研究所AVRS-1型感应分压器检定装置原理图, 见图6所示。

图 4 上海仪器仪表研究所感应分压器检定装置原理图

图 5 广州市标准计量检定所DS-79型感应分压器检定装置原理图

图 6 广东省计量科学研究所AVRS-1型感应分压器检定装置原理图
附录5 感应分压器产品介绍
1 中国计量科学研究院标准八位感应分压器原理图, 见图1。
准确度: 比差小于±1×10-8(1kHZ时);
比差小于±1×10-8(1kHZ时);
输入最大电压: ≤200V;
输入阻抗: ＞30kΩ(1kHZ时);
输出阻抗: ＞1.5Ω。

图 1 中国计量科学研究院八位标准感应分压器原理图
2 桂林电表厂FJ34型七位感应分压器原理图, 见图2。
准确度: 比差为(5×10-7)D+2×10-8(200HZ～2kHZ), D为比率系数;
输入最大电压: ≤25V(1kHZ时);
输入阻抗: 激磁绕组3kΩ, 测量绕组2MΩ;
输出阻抗: ＜(1.5Ω+ω·15μH)。
3 上海交流仪器厂FJ23型六位感应分压器原理图, 见图3。

图 2 FJ34型七位感应分压器原理线路图
准确度: 比差＜1×10-6(1kHZ时);
输入最大电压: ≤250V(1kHZ时);
输入阻抗: 大于40kΩ;
输出阻抗: 小于4Ω。
4 广州市标准计量检定所DBS-1型感应分压器(衰减器)原理图, 见图4。
准确度: 比差＜2×10-6(10kHZ时);
输入最大电压: 100V;
输入阻抗: ＞50kΩ;
输出阻抗: ＜2Ω。

图 3 上海交流仪器厂
FJ23型十进感应分压箱原理图

图 4 广州市标准计量检定所
DBS-1型感应式衰减器原理图

图 5 广东省计量科学研究所标准八位感应分压器原理图
附录6感应分压器技术资料
1 感应分压器的基本原理及误差分布特点
以10段感应分压器为例, 如每段的电感为L, 两段之间的互感为M, 对10段自耦式感应分压器(图
1)来说, 第n段上的电压比率为:

图 1 自耦式感应分压器原理图
从上式可见, 只要L和M值是相同的, 电压比只与n值有关。
绕组中由于磁滞损耗而呈现的分路电阻为(图2)

式中: f--工作频率(单位HZ);
B--铁芯的磁感应(单位T);
Nr--绕组匝数;
A--铁芯的截面(单位m2);
ln--平均磁路长度(单位m);
ξ--在磁感应B下的磁损耗〔单位W/(m3·HZ)〕。

图 2
绕组中的电感为

式中: μ--磁性材料的导磁系数;
μ0--真空中的导磁系数=4π×10-7H/m。
绕组中由于涡流引起的串联电阻为:

式中: ρc--铁芯材料的比阻(单位Ω·m);
t--金属带的厚度(单位m)
绕组的总电阻:

式中: ρCu--铜材料的比阻(单位Ω·m);
d--铜丝直径(单位m);
lT--一匝的长度(单位m);
K--常数, 在1与2之间, 视直径、 绝缘、 外壳和绞合情况而定。
典型数字, 对高镍坡莫合金μ=105;

允许工作频率: 应当视比差的允许量决定, 一般在1×10-6的准确度范围以内能够在音频范围内获得, 在高频时由导线的趋表效应来考虑。

在铁芯内亦有趋表效应为:

一般φ0.6的铜线能够工作到50kHZ, 0.05mm坡莫合金带磁环 以工作到2kHZ。
产生磁感应分压器的误差源:
1)每段串联电阻的不均匀性;
2)漏感的不均匀性;
3)磁芯的不均匀性;
4)绕组间的分布导纳;
5)后盘对前盘的影响;
6)开关接触电阻;
7)电压的频率的和温度的系数。
低频误差:
N段绞合线, 如有平均漏感l,平均串联电阻r, 各段电阻及漏感相对于第s段平均值的偏差有δr、 δli, 则

对于第i个抽头的分压系数D来说, 有

高频误差: 由于绕组本身和绕组与绕组之间都有分布电容存在, 如图3所示, 为了简便起见, 设这些分布电容近似相等, 并以C0表示, 相邻m段的分布电容能够m个mC0电容串联来表示, 于是按统计规律可得各段的等效分布电容为:

感应分压器对地电容在各段等效电容的分布规律为(见图4):

由于分布电容C0及C'0对感应分压器产生高频误差, 它对各抽头比率有影响。
总的来说, 感应分压器的高频误差符合一条S曲线的分布规律, 总的表示式为:

感应分压器的外负载误差, 如图5所示为两盘连接的情况, 由于第一盘感应分压器的输出阻抗并非无限小, 而后盘感应分压器的输入阻抗又非无限大, 因此它们之间出现负载带来的误差:

对单铁芯感应分压器, △DL≈1×10-7,对组合铁芯分压器△DL≈1×10-8。
2 感应分压器检定装置的设计
感应分压器检定装置包括几个部分: 1)标准八位感应分压器; 2)屏蔽保护感应分压器; 3)包括同相和正交分量的微差补偿器; 4)电源和隔离变压器; 5)指零仪和隔离变压器。方框图如图6所示。

标准八位感应分压器: 每一个单盘都用组合铁芯结构。采用并级连接线路。组合铁芯式单盘感应分压器的设计如下: 选用厚度为0.02～0.05mm的超导磁率坡莫合金带绕成磁芯, 主铁芯尺寸约50×70×20,附加铁芯尺寸45×75×10, 各自装在一个绝缘材料保护盒内。在主铁芯上绕上NT=200～300匝的单线排绕绕组, 在此绕组外加上一层静电屏蔽, 然后将附加铁芯(连保护盒)置于静电屏蔽的上面, 如图7所示, 用绝缘带把它绕成一个整体, 然后在该整体上绕上测量绕组。测量绕组用10股同规格的导线并排绞合而成, 单股铜线直径在0.4～0.6mm范围内, 把绞合线在整体上绕上20～30匝, 然后按级性串联起来成为自耦式感应分压器, 然后把测量绕组的高、 低端和激磁绕组的高、 低端分别接到电源上, 即能从测量绕组的抽头上给出0.1～1的电压比率, 最后用铁保护壳装。
单盘感应分压器的工作电压计算:

式中: NT--绕组的总匝数;
B--磁性材料的磁感应(T);
A--磁芯的截面(cm2);
f--工作频率(HZ);
Umax--感应分压器的工作电压(V)。
输入阻抗计算:

式中: L--感应分压器激磁绕组的电感(H)。
绞合线是由N股几何尺寸相同的铜漆包导线绞合而成, 铜线直径约0.4～0.6mm, 绞合的松紧程度不同, 线间的分布电容不同, 因此内负载产生的误差也不同。在1kHZ下一般每米绞合50次左右即可, 此时线间分布电容已有几百pF, 在10kHZ下绞合次数应适当减少, 同时限制绞合线的总长度, 一般不超过2m, 如采用编制线作为绕组, 分布电容能够大为减少。
铁芯材料能够选作坡莫合金材料, 铁氧体材料, 前者应当经过热处理后使用。磁芯的几何尺寸, 在给定绕组匝数的前提下, 应采用磁路长度lc尽可能小的尺寸, 在给定输入阻抗的情况下, 应当考虑采用横截面最大的, 以便使工作电压上限能够提高。在较高频率下采用铁氧体磁环, 能够减小磁损耗。采用等电位屏蔽绕组结构能够减小高频误差。

1-主铁芯: 2-附加铁芯; 3-保护盒;
4-激磁绕组; 5-绝缘薄膜; 6-铜屏蔽盒;
7-测量绕组; 6-外壳
在给准确度的前提下, 应当综合各个因素考虑, 有时不得不减低输入阻抗和工作电压, 以便缩短绞合线的长度, 同时采用组合铁芯的结构, 铁芯的几何尺寸也要作相应的改变, 组合铁芯的单盘感应分压器测量绕组中的等效阻抗大为提高, 因此在绕组中漏抗的压减小, 比率的准确度也会提高。
在检定装置中, 能够采用组合铁芯的双级变压器作为参考变压器, 由它提供一个隔离误差比较小的参考电势, 作为两向平衡参考电势法检定之用, 如图8所示。

可见, 由于附加铁芯的存在, 使E出/E入的误差缩小了Z3/(z2+z3)倍, 对于自耦式组合铁芯分压器, 这个结论亦成立。
下面介绍标准感应分压器的一个典型线路。这个线路在1kHZ下可达(2～5)×10-8的准确度。各盘结构大致相同, 静电屏蔽与相应的激磁绕组连接, 这就保护一装配前用两向平衡参考电势法检定的实际情况, 除第二 外, 各盘的铁芯尺寸和绕组均为50×70×20(主铁芯), 。200匝, 第二盘为400匝, 铁芯尺寸可适当增大, 在装配后, 第一盘的指标能够经过S、 D两抽头用两向平衡参考电势直接检定, 各盘负载影响及第二、 三盘的绝对检定可用互检法进行, 如图9所示的八位标准感应分压器作为检定装置的主要比率标准, 是感应分压器相对检定装置的主要部件。

图 8 双绕组变压器提供参考电势的原理
至于屏蔽保护分压器能够用单铁芯结构多盘感应分压器担任。
至于微差补偿器, 一般是包括正交分量和同相分量的两个部分。正交分量能够用R-C的网络来实现, 同相分量能够用电导箱或多盘感应分压器来担任, 如采用后果, 则应当采用组合铁芯结构的微差补偿器, 包括符号转变开关, 输入和输出隔离变压器, 这些变压器也应当采用组合铁芯结构。
感应分压器检定装置还应当有音频电源和指零仪, 而且对指零仪要求有高的分辨率, 最低限度要分辨出1×10-8。
检定装置附有等电位保护, 当检定时, 指零系统屏蔽止的电位应当经过FG调节到与引线a、 b处于相同电位, 也就是说, 使得指零系统的分布电容的泄漏得到了有效的减少。
附录7 感应分压器检定规程名词术语、 符合一览表
D--传递比率(Tranfer Ratio), 又称为分压系数。
△D--传递比率误差(Transfer Ratio Error)
△D --传递比率误差的模(Modulus of Transfer Ratio Error)。
α--比差, 即传递比率误差的实部。
β--角差, 即传递比率误差的虚部。
N--感应分压器的总段数。
E入--感应分压器的输入电压。
E出--感应分 器的输出电压。
ni--感应分压器抽头的序号。
r--感应分压器各段绕组的电阻。
l--感应分压器各段绕组的漏感。
g--感应分压器各段绕组的分布电导。
C--感应分压器各段绕组的分布电容。
ω--角频率。
Uc--感应分压器的极大工作电压(均方根值)。
k--感应分压器在低频下的电压频率系数。
f--频率。
Fx--被检感应分压器。
Fs--标准的或的感应分压器。
FG--屏蔽保护分压器。
△i--微差补偿器的示值, 包括α+jβ。
S、 S'--倒向联动开头。
Es--参考电势。
Edxi--感应分压器的第i段电势
E0--感应分压器的各段的平均电势。
δxi--感应分压器第i段的电势的段误差。
δs--参考电势的误差。
Y0--平均导纳, 包括G0+jωC0。
k′--检上装置×型泄漏曲线的斜率。
n--感应分压器的段数(即段的序号)。
z--检定回路中的