高精度交流电压有效值测量技术研究

杨春玲,王金阳,温星曦,齐 超

(1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨 150001;2.北京东方计量测试研究所,北京 100089)

0 引言

随着电子技术水平和制造水平的不断提高,为了满足科学研究以及生产的实际需求,数字万用表的性能不断提高,功能也日益完善[1]。现在工业为保证生产的安全性及研究的准确性,对测量的要求越来越高,因此需要进一步提高数字万用表的测量精度[2]。

目前,国际上的台式数字万用表精度可以达到八位半,并且可以实现多种测量功能和计算功能[3],如美国的Agilent 3458A、Fluke 8508A和日本的Adva ntest R6581,这些产品的精度高,稳定性强。作为万用表重要功能之一的交流电压测量,通常将交流信号转换成直流信号,通过对直流量的测量从而得出交流电压有效值,转换方法有很多,如热电转换法、平均值法、数字采样法、真有效值法等[4]。美国国家标准学会(NIS)电气计量学系提出了一种利用热变换器处理交流电压的方法,通过交流分压器将被测信号调理为1 V交流电压,热电偶由于存在塞贝克效应在电压变化时会产生温升,通过测量温升测量调理后的交流电压[5-7]。Agilent 3458A使用数字采样的方法,采用专用的“多斜积分”式 A/D 转换器,利用电荷平衡原理将参考信号中的电荷用来中和输入信号中的电荷[8],从而保证低速测量的高精度要求。

基于目前国际上数字万用表研究现状,本文针对交流电压测量精度和稳定性进行研究,设计并研究了交流数字采样系统,达到有效值在0.3～3.3 V的范围,频率在45～10 kHz范围内最高不确定度40 ppm的指标(1 ppm=10-6)。……