交直流钳形表自校正方法

最常见的钳形电流表是一种运用电磁感应原理，通过非接触方式钳口来进行电流测量的手持式测量仪表。因其具备操作便捷且安全的优势，常应用于电力、交通、新能源等各个工业领域或科研计量机构的基础测量，尤其是在高压测量电流的场合下优势明显。无需切断电路的测量方法避免了操作麻烦、公用电网断续用电困扰，以及用电企业经济损失，还同时规避了断开、重启电源时瞬态高压可能造成的仪器设备损坏甚至人员伤亡的高风险[8,13]。但是其局限性在于，在许多复杂场景的现场检测环境中难免受到被测电缆周边的电磁干扰、非线性负载本身的交直流掺杂信号、钳口加工工艺水平不足、钳口不洁、钳表自身老化等多种因素的影响，测量准确度一般不高。长期以来市场上最常见的交直流钳形电流表准确度等级分为1级、3级和5级等几种，更高准确度等级和更优稳定性的钳形电流表的市场占有率仍有很大的提升空间。

本文研究设计的现场校验用交直流钳形表在磁芯选材上采用微晶材料制作互感器铁芯，设计上应用了前文所述的直流检测与直流补偿技术，并采用了如下所述的基于自校正方法的高精度优化设计,大幅提高了钳形电流表的测量准确度、可靠性和稳定性。在交直流量程0～400A的测量范围内，测量准确度优于0.5%，长期稳定性优于0.005%/年，测量线性度优于0.005%，满足设计初衷。

钳形电流表自校正优化设计结构电路设计图如图6所示。

为了方便分析说明，图6展示的仅是结构与电路设计示意图。从图中展示的结构来看，设计的钳形电流表是由钳形互感器和包括自校正电路在内的辅助电路两部分组成。而实际上虚线框中表示的辅助电路也可以整合为一个模块并嵌入安装到钳形互感器壳体中，并不受局限。图中的钳形互感器由壳体、壳体中铁芯、铁芯左半体部分设置的校正线圈、铁芯右半体部分设置的检测线圈以及控制钳口分离的“X”形手柄构成，其中校正线圈的匝数与检测线圈的匝数相等，而其设置位置实际上也可以灵活多变的置于铁芯的各自同边半体上，同理图中只要可以进行等效变换的情况下皆可不受任何局限。
钳形电流表自校正工作程序是指钳形电流表可选择在测试之前进行误差自校准、校正，其主要流程简述如下。

闭合“自校正控制开关（SW）”开启自校正功能，确保钳口内无被测电缆通过。由键盘输入控制DSP芯片（或DSP芯片自动反馈）命令数控可调信号发生器产生一个标准电压信号，经V/I转换单元转换为标准电流信号注入校正线圈，并在检测线圈中因等匝互感产生互感电流，标准电流与互感电流同时分别经I/V转换单元、A/D采样器，再将采样结果输入DSP芯片进行比较计算，得出校正系数并重复有限N次以上流程计算出平均校正系数，存储至内部存储器，控制液晶显示屏显示“已经自校完成”。后期需要检测时可将测得结果乘以存储的校正系数进行自校正，从而提高测量准确度。

采用自校正优化设计的钳形电流表的优势在于：现有传统钳形电流表即使准确度尚可，也是其出厂时经过精密校正的结果。在实际各应用场合中，测试环境的影响以及钳形电流表自身的老化均会导致其测量误差变大，另外传统钳形电流表使用一段时间后，钳口结合处极易发生变形、生锈，从而导致钳口闭合不紧密，造成磁回路受滞阻。而自校正优化设计后的钳形电流表可以对上述不利因素进行即时误差补偿，确保测量结果准确可靠。

断开“自校正控制开关（SW）”可以切断自校正支路并开启“测量模式”，控制手柄打开钳口，将被测电缆置于钳口中再重新闭合。此时被测电缆相当于单匝线圈，而被测电流I被测经检测线圈互感产生检测模式下的互感电流I感应，该互感电流经I/V转换单元、A/D采样器，将采样结果输入至DSP芯片，DSP芯片将采样值乘以检测之前存储的校正系数，对互感器测量误差做出即时修正。经过一系列数据处理过程，计算出相应的被测电流值并显示在液晶显示屏上。