李轶灏

（上海航天控制技术研究所，上海 201109）

0 引 言

电子计量设备指的是计量物体在悬挂状态下的质量的一种计量设备，对精度有很高的要求[1]。电子计量设备自动校准是确保物体质量计量精度的有效途径，我国常用的电子计量设备自动校准方法包括数字万用自动校准系统和通信综合测试仪自动校准系统两种。但是，在实际应用过程中，由于一种校准系统所适用的电子计量设备型号十分有限，无法通用于所有型号的电子计量设备，导致电子计量设备自动校准普遍存在局限性[2]。在国外，电子计量设备自动校准方面的研究起步较早，较为成熟的公司为Fluke，主要经营范围为MET/CAL自动校准管理软件，并且对外发售。该软件同时具备管理系统、数据库以及自动校准功能，一经推出，受到了相关部门的重点关注。MET/CAL自动校准管理软件的不足之处在于价格昂贵，且在实际应用过程中需要相应的调试才能操作，在我国适用性不强[3]。基于此，设计了一种新型基于电流传感器的电子计量设备自动校准方法，致力于实现对电子计量设备自动校准方法的优化设计。

1 基于电流传感器的电子计量设备自动校准方法

1.1 确定设备参数及校准点

在电子计量设备自动校准过程中，不同的电子计量设备的基本参数必然不同。因此，必须在确定电子计量设备基本参数的前提下选定校准点[4]。本文将校准点选取分为两种情况：一是对基本量程的电子计量设备，选择电子计量设备基本量程的60%、70%、80%、90%以及100%作为测试点；二是对非基本量程的电子计量设备，选择100%作为测试点。在此基础上，通过电流传感器测量测试点的输出电流有效值，确定测试点电流导通时间的准确度，进而为电流导通时间误差分析提供基础数据。

1.2 基于电流传感器的误差分析

针对电子计量设备的零件误差和信号处理误差，基于电流传感器进行误差分析。可以通过电流传感器的示波器显示出电流传感器输出端的电流，并读取电流持续时间，计算电流导通时间误差。设电流导通时间误差为γ，则其计算方式为：

式中：T是试验台输出电流导通时间，单位为min；s是实测试验台输出电流导通时间，单位为min。通过式（1）可得出电流导通时间误差，并测量电子计量设备的绝缘电阻和接地电阻。为确定电子计量设备输出电流有效值相对误差，本文将电流传感器串入试验台电流输出回路，利用电流传感器将电压转换为电流，在示波器上得到电流变化曲线，进而计算电子计量设备输出电流有效值[5]。设电子计量设备输出电流有效值相对误差为ϒ，则其计算方式为：

通过式（2）可以看出电子计量设备输出电流有效值相对误差与试验台显示输出电流有效值。试验台显示输出电流有效值越大，则电子计量设备输出电流有效值相对误差越高；反之，电子计量设备输出电流有效值相对误差则越小。结合上述基于电流传感器对电子计量设备的误差分析，以下构建对应的误差自动校准模型，结合模型设计进行电子计量设备自动校准方法的研究。

1.3 构建误差自动校准模型

根据上述公式中的主要角度参数，可构建误差自动校准模型。相比传统的误差自动校准模型，本文采用相对简单的线性结构，将坐标点正交与重合的问题列入模型构建，以提升电子计量设备的精准程度。在基于电流传感器的误差分析基础上，可通过电流传感器读取的电流值实现电子计量设备的自动校准，原理如图1所示。

图1 电流传感器误差自动校准原理

如图1所示，在单片机两端通控制电流S，并在单片机的垂直方向施加磁感应强度为C的均匀磁场。设垂直于电流和磁场的方向上产生电势差为V，则有：

式中：M是电流传感器延时电流；N是电压传感器的灵敏度；S是单片机在磁场方向上的厚度；C是电子计量设备电流导通时间；θ是测试台温度，单位为℃。通过式（3）得出垂直于电流和磁场的方向上产生电势差后，利用电流传感器中的单片机读取电子计量设备的正常电流值。

结合电流传感器、精度较高的ADS数据转换芯片技术以及现代化网络技术，为电子计量设备误差数据自动校准提供云计算算法，将电子计量设备信号处理误差控制在可调节范围内。在进行电子计量设备自动校准过程中，提升电子计量设备的精准度，从而完成基于电流传感器的电子计量设备自动校准方法设计。

2 实例分析

2.1 实验准备

本次实例分析选取某电子计量设备作为实验对象，利用设计的自动校准方法，结合电流传感器进行电子计量设备自动校准，再使用传统的自动校准方法进行自动校准，并将传统自动校准方法设置为对照组。本次实验内容为测试两种自动校准方法下的残差。残差数值越低，证明该自动校准方法的精度越高。为保证实验结果的可靠性，将实验次数设置为10次，并记录测试结果。

2.2 实验结果与分析

根据设计的实验步骤，采集10组实验数据，对比两种自动校准方法下的残差，残差对比结果如表1所示。从表1可以看出，设计的自动校准方法在实际应用中残差最高为0.210，对照组残差最高为0.748。设计自动校准方法的校准残差远远低于传统自动校准方法，证明本文设计的自动校准方法相对于传统自动校准方法校准精度更高。

表1 实验结果对比

3 结 论

通过电流传感器在电子计量设备自动校准中的应用研究，证明了电流传感器在电子计量设备自动校准中应用的可行性。电流传感器作为电子计量设备自动校准中的核心应用，必须要加以重视。在电子计量设备自动校准方面的优化设计领域，电流传感器的能动性可以得到充分发挥。此外，需要加强对电子计量设备本身零件的优化设计，避免由于先天误差导致出现电子计量设备自动校准无效的现象。