一种容性设备参数的计算方法

摘要

本发明公开了一种基于各向异性磁阻电桥的容性设备在线监测装置，其包括监测电路，监测电路的输入端标记为A端，其两个输出端分别标记为B端和C端，其接地端标记为D端，监测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻，其中，A端与容性设备的输出端相连，第一电阻和第三电阻串接后连接于A端和C端之间，第六电阻连接于A端和B端之间，第五电阻连接于C端和D端之间，第二电阻和第四电阻串接后连接于B端和D端之间，第一电阻和第二电阻为电阻相同的固定电阻，第三电阻和第四电阻为零场电阻率相等的第一异性磁电阻，第五电阻和第六电阻为零场电阻率相等的第二异性磁电阻。本发明能够真正实现同步实时测量。

主权项

一种容性设备参数的计算方法，其特征在于，所述计算方法通过基于各向异性磁阻电桥的容性设备在线监测装置实现，所述基于各向异性磁阻电桥的容性设备在线监测装置包括监测电路(1)和容性设备(2)，在监测电路(1)的电压输出端通过后端的采集设备采集，并进行分析，从而计算出容性设备(2)的阻性电流、容性电流、等值电阻、等值电容及介质损耗正切；所述监测电路(1)的输入端标记为A端，其两个输出端分别标记为B端和C端，其接地端标记为D端，所述监测电路(1)包括第一电阻(111)、第二电阻(112)、第三电阻(121)、第四电阻(122)、第五电阻(131)和第六电阻(132)，其中，所述A端与容性设备(2)的输出端相连，第一电阻(112)和第三电阻(121)串接后连接于A端和C端之间，第六电阻(132)连接于A端和B端之间，第五电阻(131)连接于C端和D端之间，第二电阻(112)和第四电阻(122)串接后连接于B端和D端之间，所述第一电阻(111)和第二电阻(112)为电阻相同的固定电阻(11)，所述第三电阻(121)和第四电阻(122)为零场电阻率相等的第一异性磁电阻(12)，所述第五电阻(131)和第六电阻(132)为零场电阻率相等的第二异性磁电阻(13)；所述阻性电流、容性电流、等值电阻、等值电容及介质损耗正切的计算方法：令容性设备的输出电压u＝U sinωt，则容性设备的电流i为：$i=\frac{u}{R_{\mathrm{DUT}}}+C_{\mathrm{DUT}}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}=\frac{U\sin \mathrm{\omega t}}{R_{\mathrm{DUT}}}+\omega C_{\mathrm{DUT}}U\cos \mathrm{\omega t}---\left(1\right)$而监测电路的输出电压u_out为：$\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{out}}=u·\frac{R_1+2k_{G}i}{R_1+2R_2}\\ =\frac{R_1}{R_1+2R_2}U\sin \mathrm{\omega t}+\frac{2k_G}{R_1+2R_2}U\sin \mathrm{\omega t}(\frac{U\sin \mathrm{\omega t}}{R_{\mathrm{DUT}}}+\omega C_{\mathrm{DUT}}U\cos \mathrm{\omega t})\\ =\frac{R_1}{R_1+2R_2}U\sin \mathrm{\omega t}+\frac{2k_G{U}^2}{R_1+2R_2}\frac{1}{R_{\mathrm{DUT}}}{\sin }^2\mathrm{\omega t}+\frac{2k_G{U}^2}{R_1+2R_2}\omega C_{\mathrm{DUT}}\sin \omega t\cos \mathrm{\omega t}\\ =\frac{k_G{U}^2}{(R_1+2R_2)R_{\mathrm{DUT}}}+\frac{R_{1}U}{R_1+2R_2}\sin \mathrm{\omega t}+\frac{k_G{U}^2\sqrt{1+{\omega }^2{R}_{\mathrm{DUT}}^2{C}_{\mathrm{DUT}}^2}}{(R_1+2R_2)R_{\mathrm{DUT}}}\sin (2\mathrm{\omega t}-\arctan \frac{1}{\omega R_{\mathrm{DUT}}{C}_{\mathrm{DUT}}})\end{array}---\left(2\right)$其中u为A端电压值，i为接地线上的电流，k_G为第一异性磁电阻和第二异性磁电阻的灵敏度系数的绝对值，R₁为固定电阻的阻值，R₂第一异性磁电阻和第二异性磁电阻的零电场电阻率，U为容性设备的电压，R_DUT为容性设备等值电阻的阻值，C_DUT为容性设备等值电容的容值，u_out为B、C两端之间的电压；从式(2)可知监测电路的输出电压包含三个频率分量：直流分量、基频分量和2倍频分量；通过对监测电路的输出电压进行信号频谱分析，提取出信号的直流分量A₀、基频分量A₁、2倍频分量A₂以及基频分量和2倍频分量的相位差θ；根据上述量即可反推出计算出容性设备的电压、电流、阻性电流、容性电流、等值电阻、等值电容及介质损耗正切，计算方法如下：容性设备的电压U为：$U=(1+\frac{2R_2}{R_1})A_1---\left(3\right)$容性设备的电流I为：$I=\frac{R_1{A}_1{A}_2}{k_G}---\left(4\right)$容性设备的等值电阻R_DUT为：$R_{\mathrm{DUT}}=\frac{R_1+2R_2}{k_G{U}^2}{A}_0---\left(5\right)$容性设备的等值电容C_DUT为：$C_{\mathrm{DUT}}=\frac{\sqrt{{\left(\frac{A_2}{A_0}\right)}^2-1}}{\omega R_{\mathrm{DUT}}}---\left(6\right)$容性设备的阻性电流I_R为：$I_R=\frac{U}{R_{\mathrm{DUT}}}---\left(7\right)$容性设备的容性电流I_C为：I_C＝ωC_DUTU                 (8)容性设备的介质损耗正切tanδ为：tanδ＝tanθ                 (9)。