《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》是中國電力科學研究院、國家電網公司於2015年8月14日申請的專利，該專利的申請號為2015105005932，公布號為CN105137378A，公布日為2015年12月9日，發明人是李登雲、胡浩亮、李鶴、熊前柱、楊春燕、徐子立、聶琪。
《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》包括步驟1：在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U1，測量被測分壓器中電阻RY和參考分壓器中電阻R2之間的電壓差值Δu1；步驟2：將被測分壓器中的電阻RX和電阻RY的位置互換；步驟3：在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U2，測量被測分壓器中電阻RX和參考分壓器中電阻R2之間的電壓差值Δu2；步驟4：根據U1、U2、Δu1和Δu2，計算被測分壓器的實際分壓比K和測量不確定度d。與2015年8月以前技術相比，該發明提供的一種分壓器的2/1分壓比自校準方法，既不需要對電阻值進行直接測量，也不需要更高準確度等級的標準分壓器，即可準確獲取分壓器的2/1分壓比。
2020年7月，《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》獲得第二十一屆中國專利銀獎。
（概述圖為《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種分壓器的2/1分壓比自校準方法
- 類別：發明專利
- 公布號：CN105137378A
- 公布日：2015年12月9日
- 申請號：2015105005932
- 申請日：2015年8月14日
- 申請人：中國電力科學研究院、國家電網公司
- 地址：北京市海淀區清河小營東路15號
- 發明人：李登雲、胡浩亮、李鶴、熊前柱、楊春燕、徐子立、聶琪
- 分類號：G01R35/00（2006.01）I
- 專利代理機構：北京安博達智慧財產權代理有限公司
- 代理人：徐國文
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
分壓比為2/1的分壓器，其高壓臂電阻值與低壓臂電阻值相等。對於這種標稱分壓比為2/1的特殊分壓器，如何獲得分壓比的準確量值，是直流電壓比例量值溯源研究的關鍵問題之一。一般地，常用兩種方法確定分壓比：一種是通過測量電阻的方法確定電阻比，再將電阻比等效為低電壓下的分壓比；另一種方法是用更高準確度等級的標準分壓器對被試分壓器進行校準。但是這兩種方法都有局限性，前者受限於電阻的測量準確度水平，後者則受限於標準分壓器的準確度水平。
在進行電阻值的直接測量時，為了獲得較高的測量準確度，一般根據被測電阻值的大小選擇不同的測量方法：①當被測電阻值小於20千歐時，一般採用高準確度的進口電阻電橋配合標準電阻器進行測量；②當被測電阻值在20千歐～200千歐範圍時，一般採用自製的高準確度電阻電橋配合標準電阻器進行測量；③當被測電阻值在200千歐～1兆歐範圍時，一般採用二進制分壓器配合標準電阻器進行測量；④當電阻大於1兆歐時，一般採用兩台標準直流高電壓源配合標準電阻器、pA級電流表進行測量。由於分壓器的阻值跨度較大，要完成分壓器的阻值測量往往要用到以上多種測量電阻的方法，這對設備的要求很高，設備成本昂貴，而且測量過程比較複雜。
採用第二種方法時，當被校準的分壓器的準確度等級較高或已經是最高準確度等級時，很難找到適合的標準分壓器來做標準器，從而導致第二種方法失效。
發明內容
專利目的
《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》的目的是提供一種既不需要對電阻值進行直接測量也不需要更高準確度等級的標準分壓器，獲取分壓器2/1分壓比的方法。
技術方案
《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》包括：
步驟1：將被測分壓器並聯在參考分壓器兩端，所述被測分壓器包括串聯的電阻RX和電阻RY，所述參考分壓器包括串聯的電阻R1和電阻R2；在所述被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U1，測量被測分壓器中電阻RY和參考分壓器中電阻R2之間的電壓差值Δu1；
步驟2：將被測分壓器中的電阻RX和電阻RY的位置互換；
步驟3：在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U2，測量被測分壓器中電阻RX和參考分壓器中電阻R2之間的電壓差值Δu2；
步驟4：依據所述直流電壓U1、直流電壓U2、電壓差值Δu1和電壓差值Δu2，計算被測分壓器的實際分壓比K和測量不確定度d。
優選的，測量所述電壓差值Δu1和電壓差值Δu2的方法包括：
將測量儀表的輸入端分別與所述被測分壓器的測試點和所述參考分壓器的測試點連線，測量兩個測試點之間的電壓差值；
所述被測分壓器的測試點為被測分壓器中電阻RX和電阻RY的連線點；
所述參考分壓器的測試點為參考分壓器中電阻R1和電阻R2的連線點；
優選的，所述參考分壓器中電阻R1和電阻R2為可調電阻；
所述步驟1中在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U1後，調節所述參考分壓器中電阻R1或者電阻R2的阻值，使電壓差值Δu1接近於零，用測量儀表測量電壓差值Δu1；
所述步驟3中在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U2後，保持所述參考分壓器中電阻R1和電阻R2的阻值不變，用測量儀表測量電壓差值Δu2；
當所述電壓差值Δu1接近於零時，所述電壓差值Δu2也接近於零，在所述被測分壓器的電阻RX和電阻RY的精度為0.001％的條件下，若則確定
；
優選的，所述步驟4中計算被測分壓器的實際分壓比K包括：
按照公式（1）計算被測分壓器中電阻RX的實際分壓比KX：
按照公式（2）計算被測分壓器中電阻RY的實際分壓比KY：
優選的，所述步驟4中計算被測分壓器的測量不確定度包括：
按照公式（3）計算實際分壓比KX的測量不確定度dX：
按照公式（4）計算實際分壓比KY的測量不確定度dY：
有益效果
1、《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》技術方案中，利用參考分壓器進行自校準，只需要參考分壓器的量值穩定，不需要知道參考分壓器的具體量值，也不需要其他標準器。根據測量數據就可以計算出被測標準分壓器的實際分壓比；
2、《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》技術方案中，當被測分壓器的電阻RX和電阻RY的精度滿足一定要求時，若在步驟1時通過調節參考分壓器電阻R1或電阻R2的阻值使足夠小，在步驟3時保持參考分壓器電阻R1和電阻R2的阻值不變，則
必定足夠小，如：當被測分壓器的電阻RX和電阻RY的精度滿足0.001％時，在步驟1中，通過調節參考分壓器電阻R1或電阻R2的阻值使的絕對值小於1×10，則步驟3中，保持參考分壓器電阻R1和電阻R2的阻值不變，必定小於2×10；
3、《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》提供的一種分壓器的2/1分壓比自校準方法，對測量水平的要求不是特別高，但是得到的結果的測量不確定度可以達到較高的水平。如：當電源電壓U1和U2的測量準確度滿足±1％、電壓差值Δu1和電壓差值Δu2的測量準確度滿足±1％、被試分壓器的電阻RX和電阻RY的精度滿足0.001％、小於1×10、小於2×10時，計算得到的被測分壓器的分壓比的測量不確定度可以達到3×10。
附圖說明
圖1是《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》實施例中一種分壓器的2/1分壓比自校準方法流程圖；
圖2是該發明實施例中步驟1的分壓器連線圖；
圖3是該發明實施例中步驟3的分壓器連線圖。
權利要求
1.《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》其特徵在於，所述方法包括：
步驟1：將被測分壓器並聯在參考分壓器兩端，所述被測分壓器包括串聯的電阻RX和電阻RY，所述參考分壓器包括串聯的電阻R1和電阻R2；在所述被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U1，測量被測分壓器中電阻RY和參考分壓器中電阻R2之間的電壓差值Δu1；
步驟2：將被測分壓器中的電阻RX和電阻RY的位置互換；
步驟3：在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U2，測量被測分壓器中電阻RX和參考分壓器中電阻R2之間的電壓差值Δu2；
步驟4：依據所述直流電壓U1、直流電壓U2、電壓差值Δu1和電壓差值Δu2，計算被測分壓器的實際分壓比K和測量不確定度d；
所述參考分壓器中電阻R1和電阻R2為可調電阻；所述步驟1中在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U1後，調節所述參考分壓器中電阻R1或者電阻R2的阻值，使電壓差值Δu1接近於零，用測量儀表測量電壓差值Δu1；所述步驟3中在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U2後，保持所述參考分壓器中電阻R1和電阻R2的阻值不變，用測量儀表測量電壓差值Δu2；當所述電壓差值Δu1接近於零時，所述電壓差值Δu2也接近於零，在所述被測分壓器的電阻RX和電阻RY的精度為0.001％的條件下，若
，則確定。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，測量所述電壓差值Δu1和電壓差值Δu2的方法包括：將測量儀表的輸入端分別與所述被測分壓器的測試點和所述參考分壓器的測試點連線，測量兩個測試點之間的電壓差值；所述被測分壓器的測試點為被測分壓器中電阻RX和電阻RY的連線點；所述參考分壓器的測試點為參考分壓器中電阻R1和電阻R2的連線點。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟4中計算被測分壓器的實際分壓比K包括：
按照公式（1）計算被測分壓器中電阻RX的實際分壓比KX：
按照公式（2）計算被測分壓器中電阻RY的實際分壓比KY：
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟4中計算被測分壓器的測量不確定度包括：
按照公式（3）計算實際分壓比KX的測量不確定度dX：
按照公式（4）計算實際分壓比KY的測量不確定度dY：
實施方式
《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》利用分壓比為k的參考分壓器，實現了對被測分壓器的分壓比KX的自校準。其中，參考分壓器的分壓比k只是一個過渡量值，因此不需要知道k的實際大小，k和KX的大小隻要接近於2/1即可。該發明中將被測分壓器並聯在參考分壓器兩端，如圖2和3所示被測分壓器包括串聯的電阻RX和電阻RY，參考分壓器包括串聯的電阻R1和電阻R2。
《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》的實施例如圖1所示，具體步驟為：
1、如圖2所示，在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U1，用1#測量儀表測量直流電壓U1，調節參考分壓器中電阻R1或者電阻R2的阻值，使電壓差值Δu1接近於零，用2#測量儀表測量電壓差值Δu1。
測量電壓差值Δu1包括：將2#測量儀表的輸入端分別與被測分壓器的測試點和參考分壓器的測試點連線，測量兩個分壓器測試點之間的電壓差值；被測分壓器的測試點為被測分壓器中兩個電阻的連線點；參考分壓器的測試點為參考分壓器中兩個電阻的連線點，如圖2中電阻RX和電阻RY的連線點，以及電阻R1和電阻R2的連線點。
電壓差值Δu1的計算公式為：
2、將被測分壓器中電阻RY和電阻RX的位置互換，如圖3所示。
3、在被測分壓器和參考分壓器上施加直流電壓U2，用1#測量儀表測量直流電壓U2，保持參考分壓器中電阻R1和電阻R2的阻值不變，用2#測量儀表測量電壓差值Δu2。
測量電壓差值Δu2包括：將2#測量儀表的輸入端分別與被測分壓器的測試點和參考分壓器的測試點連線，測量兩個分壓器測試點之間的電壓差值；被測分壓器的測試點為被測分壓器中兩個電阻的連線點；參考分壓器的測試點為參考分壓器中兩個電阻的連線點，如圖3中電阻RY和電阻RX的連線點，以及電阻R1和電阻R2的連線點。
電壓差值Δu2的計算公式為：
4、根據測量得到的直流電壓U1、直流電壓U2、電壓差值Δu1和電壓差值Δu2，計算被測分壓器的實際分壓比K和測量不確定度d。
依據公式（1）和公式（2）可以得到：
（3）
對公式（3）等式變換後可以得到：
被測分壓器中電阻RX的實際分壓比KX為：
被測分壓器中電阻RY的實際分壓比KY為：
對公式（4）兩邊同時微分，得到被測分壓器分壓比KX的測量不確定度dX為：
對公式（5）兩邊同時微分，得到被測分壓器分壓比KY的測量不確定度dY為：
5、當被測分壓器的電阻RX和電阻RY為高精度電阻，其精度滿足一定要求時，若在步驟1時通過調節參考分壓器電阻R1或電阻R2的阻值使電壓差值Δu1接近於零，即接近於零，在步驟3時保持參考分壓器電阻R1和電阻R2的阻值不變，則電壓差值Δu2也接近於零，即也接近於零。如：當被測分壓器的電阻RX和電阻RY的精度滿足0.001％時，在步驟1中，通過調節參考分壓器電阻R1或電阻R2的阻值使的絕對值小於1×10，則步驟3中，保持參考分壓器電阻R1和電阻R2的阻值不變，必定小於2×10，具體的推導過程為：
（1）對微分和變換後得到：
（2）將公式（8）與公式（4）結合，得到：
通過公式（9）得到：
6、當電源電壓U1和U2的測量準確度滿足±1％、電壓差值Δu1和電壓差值Δu2的測量準確度滿足±1％、被試分壓器的電阻RX和電阻RY的精度滿足0.001％、、時，計算得到的被測分壓器的分壓比的測量不確定度可以達到3×10。計算過程如下：
同理可得，|dY|≤3×10。
榮譽表彰
2020年7月，《一種分壓器的2/1分壓比自校準方法》獲得第二十一屆中國專利銀獎。
