電流傳感器在電子計量設備自動校準中的應用

李軼灝

（上海航天控制技術研究所，上海 201109）

0 引 言

電子計量設備指的是計量物體在懸掛狀態(tài)下的質量的一種計量設備，對精度有很高的要求[1]。電子計量設備自動校準是確保物體質量計量精度的有效途徑，我國常用的電子計量設備自動校準方法包括數字萬用自動校準系統(tǒng)和通信綜合測試儀自動校準系統(tǒng)兩種。但是，在實際應用過程中，由于一種校準系統(tǒng)所適用的電子計量設備型號十分有限，無法通用于所有型號的電子計量設備，導致電子計量設備自動校準普遍存在局限性[2]。在國外，電子計量設備自動校準方面的研究起步較早，較為成熟的公司為Fluke，主要經營范圍為MET/CAL自動校準管理軟件，并且對外發(fā)售。該軟件同時具備管理系統(tǒng)、數據庫以及自動校準功能，一經推出，受到了相關部門的重點關注。MET/CAL自動校準管理軟件的不足之處在于價格昂貴，且在實際應用過程中需要相應的調試才能操作，在我國適用性不強[3]。基于此，設計了一種新型基于電流傳感器的電子計量設備自動校準方法，致力于實現對電子計量設備自動校準方法的優(yōu)化設計。

1 基于電流傳感器的電子計量設備自動校準方法

1.1 確定設備參數及校準點

在電子計量設備自動校準過程中，不同的電子計量設備的基本參數必然不同。因此，必須在確定電子計量設備基本參數的前提下選定校準點[4]。本文將校準點選取分為兩種情況：一是對基本量程的電子計量設備，選擇電子計量設備基本量程的60%、70%、80%、90%以及100%作為測試點；二是對非基本量程的電子計量設備，選擇100%作為測試點。在此基礎上，通過電流傳感器測量測試點的輸出電流有效值，確定測試點電流導通時間的準確度，進而為電流導通時間誤差分析提供基礎數據。

1.2 基于電流傳感器的誤差分析

針對電子計量設備的零件誤差和信號處理誤差，基于電流傳感器進行誤差分析。可以通過電流傳感器的示波器顯示出電流傳感器輸出端的電流，并讀取電流持續(xù)時間，計算電流導通時間誤差。設電流導通時間誤差為γ，則其計算方式為：

式中：T是試驗臺輸出電流導通時間，單位為min；s是實測試驗臺輸出電流導通時間，單位為min。通過式（1）可得出電流導通時間誤差，并測量電子計量設備的絕緣電阻和接地電阻。為確定電子計量設備輸出電流有效值相對誤差，本文將電流傳感器串入試驗臺電流輸出回路，利用電流傳感器將電壓轉換為電流，在示波器上得到電流變化曲線，進而計算電子計量設備輸出電流有效值[5]。設電子計量設備輸出電流有效值相對誤差為?，則其計算方式為：

通過式（2）可以看出電子計量設備輸出電流有效值相對誤差與試驗臺顯示輸出電流有效值。試驗臺顯示輸出電流有效值越大，則電子計量設備輸出電流有效值相對誤差越高；反之，電子計量設備輸出電流有效值相對誤差則越小。結合上述基于電流傳感器對電子計量設備的誤差分析，以下構建對應的誤差自動校準模型，結合模型設計進行電子計量設備自動校準方法的研究。

1.3 構建誤差自動校準模型

根據上述公式中的主要角度參數，可構建誤差自動校準模型。相比傳統(tǒng)的誤差自動校準模型，本文采用相對簡單的線性結構，將坐標點正交與重合的問題列入模型構建，以提升電子計量設備的精準程度。在基于電流傳感器的誤差分析基礎上，可通過電流傳感器讀取的電流值實現電子計量設備的自動校準，原理如圖1所示。

圖1 電流傳感器誤差自動校準原理

如圖1所示，在單片機兩端通控制電流S，并在單片機的垂直方向施加磁感應強度為C的均勻磁場。設垂直于電流和磁場的方向上產生電勢差為V，則有：

式中：M是電流傳感器延時電流；N是電壓傳感器的靈敏度；S是單片機在磁場方向上的厚度；C是電子計量設備電流導通時間；θ是測試臺溫度，單位為℃。通過式（3）得出垂直于電流和磁場的方向上產生電勢差后，利用電流傳感器中的單片機讀取電子計量設備的正常電流值。

結合電流傳感器、精度較高的ADS數據轉換芯片技術以及現代化網絡技術，為電子計量設備誤差數據自動校準提供云計算算法，將電子計量設備信號處理誤差控制在可調節(jié)范圍內。在進行電子計量設備自動校準過程中，提升電子計量設備的精準度，從而完成基于電流傳感器的電子計量設備自動校準方法設計。

2 實例分析

2.1 實驗準備

本次實例分析選取某電子計量設備作為實驗對象，利用設計的自動校準方法，結合電流傳感器進行電子計量設備自動校準，再使用傳統(tǒng)的自動校準方法進行自動校準，并將傳統(tǒng)自動校準方法設置為對照組。本次實驗內容為測試兩種自動校準方法下的殘差。殘差數值越低，證明該自動校準方法的精度越高。為保證實驗結果的可靠性，將實驗次數設置為10次，并記錄測試結果。

2.2 實驗結果與分析

根據設計的實驗步驟，采集10組實驗數據，對比兩種自動校準方法下的殘差，殘差對比結果如表1所示。從表1可以看出，設計的自動校準方法在實際應用中殘差最高為0.210，對照組殘差最高為0.748。設計自動校準方法的校準殘差遠遠低于傳統(tǒng)自動校準方法，證明本文設計的自動校準方法相對于傳統(tǒng)自動校準方法校準精度更高。

表1 實驗結果對比

3 結 論

通過電流傳感器在電子計量設備自動校準中的應用研究，證明了電流傳感器在電子計量設備自動校準中應用的可行性。電流傳感器作為電子計量設備自動校準中的核心應用，必須要加以重視。在電子計量設備自動校準方面的優(yōu)化設計領域，電流傳感器的能動性可以得到充分發(fā)揮。此外，需要加強對電子計量設備本身零件的優(yōu)化設計，避免由于先天誤差導致出現電子計量設備自動校準無效的現象。