本发明属于电磁计量的，具体是指一种宽频电阻分压器角差的校准装置及方法。
背景技术：
1、随着智能电网和新能源技术的突飞猛进，对功率计量的精准度和宽频率带功率测量能力提出了更高的要求。无论是新能源汽车的驱动电机测试、变频电机效率评价、光伏发电系统的实时监控、风力发电机组变流器的精确控制，还是dc-dc变换器的性能评估，这些领域都共同面临着对宽频电量或宽频功率进行精确测量的技术需求。宽频功率测量系统主要由宽频分压器、宽频电流传感器、宽频电量数据采集系统组成。待测的宽频电压和电流分别通过宽频分压器和宽频电流传感器转换成两路适配数据采集系统的电压信号，对衰减后的电压和电流进行高速、高准确采样，然后通过对采样得到的离散数据进行分析计算，实现宽频功率测量的目的。目前用于宽频功率测量的主要部件电压通道采用宽频电阻分压器为主，最高频率可到mhz；电流通道可采用宽带分流器（频率可到100khz）或宽带电流传感器（频率可到mhz）。而在这一测量系统框架下，分压器的角差是一个至关重要的影响参数。分压器的低压侧输出信号与高压侧输入信号之间存在相位差即为分压器的“角差”，由于设计和研制电阻分压器过程中，所用电阻器件自身时间常数不同、器件之间连接方式、分压器的结构设计等多种因素的综合作用下，分压器整体在交流状态下呈现不同的阻抗特性，因此分压器在不同频率下会存在不同的相移特性。电压信号在衰减过程中除了比例误差外，角差也会对功率的测量带来显著影响，特别是在高频段、低功率因数时。因此，对分压器的角差开展精确测量、控制和修正是实现宽频功率准确测量的前提。
2、目前分压器角差校准的方法有如下几种：
3、（1）爬台阶法：
4、爬台阶法是一种利用双通道同步采样技术来测量分压器相角偏差的方法。该方法首先通过两个同步采样通道，以其中一个通道（如ch1）作为参考通道，另一个通道（如ch2）作为比较通道，首先将一个自然“0°”信号同步输入参考通道和比较通道，可以获得两个同步采样通道间的相位延迟，并将得到的通道间的相位延迟修正为0°；其次将一个自然“0°”信号直接输入参考通道和经待校分压器（如编号为1号分压器）后输入比较通道，可以获得1号分压器的角差，如此1号分压器的角差变为已知；接着以1号分压器作为基准接入参考通道，2号分压器接入比较通道，采用上述方法得到2号分压器的角差；如此通过逐级传递的方式，实现对不同量程不同分压比的分压器的角差校准。
5、爬台阶法是通过低量程逐步传递到高量程的方式，因此忽略了被测分压器角差的电压系数。此外，对于适用于高电压测量的分压器，其相角偏差测量需要通过多步传递，传递过程会造成不确定度的累积。
6、（2）基于功率热电比较仪的电阻分压器相角偏差量值溯源方法：
7、由零功率因数标准源、电阻分压器以及功率热电比较仪三个核心部分组成相角偏差校验系统，其中零功率因数标准源由双通道信号发生器、交流电压源、正反相放大器和交流有效值电压表等构成。双通道信号发生器生成两路1v正交电压信号uref和uvar，uvar作为锁相信号控制交流电压源输出与uref正交高压的高压信号u，供给电阻分压器。分压器的输出与uref通过跟随器后输入到功率热电比较仪。在uref和uvar成90度时，功率热电比较仪的输出信号为恒定值，其电势受分压器的相角偏差和比较仪自身误差影响。通过修正比较仪的自身相角偏差，进而实现分压器相角偏差的测量。
8、该方法对信号源的要求较高，需要在高频下输出两路不等的正交信号；同时该校验系统较为复杂，存在较多的不确定度分量，最终校验结果的不确定度较大。
9、（3）基于串并联结构的mn型电阻分压器相角偏差溯源方法：
10、该方法通过定量分析mn型电阻分压器相角偏差与各寄生参数之间的关系，将分压器相角偏差难以直接校验的问题转换为相角偏差差值测量问题，以实现对 mn型电阻分压器相角偏差的量值溯源。精密交流电压源分别为100ω和1kω的电阻分压器通过所需的交流电压信号，分压器的输出端通过两个精密电压跟随器b1和b2连接到高精度采样系统的两个通道。为了确保测量的准确性，跟随器的输出端与采样通道之间采用两根完全相同的同轴线进行连接，保证同轴线引入的寄生电容大小一致，以减小两支路外负载误差不一致的影响。最终通过双通道采样实现两分压器相角偏差差值的测量，整个测量系统均通过带有屏蔽层的同轴线连接，以减小线路中外界环境的干扰，通过ieee-488总线与上位机连接，实现系统自动控制。
11、该方法用于建立国家的宽频功率基准装置，定位较高不适用于常规的分压器角差校准，且研制不同分压比和不同量程的串并联结构 mn 型电阻分压器需使用大量同一批次同规格的进口高精密电阻，成本高。
12、（4）基于级联结构感应分压器的相角偏差校验方法
13、以自校验二进制感应分压器 bivdstd 为参考基准，可以实现分压器bivd1、bivd2和 bivd3 相角偏差的校验，通过增量法分别测量bivd1 与 bivd2 ，bivd2 与bivd3 之间的级联误差后，即可确定由bivd1、bivd2 和 bivd3 三级级联构成的8:1感应分压器相角偏差；三级级联结构的 8:1 感应分压器又可作为参考基准对单级 8:1感应分压器相角偏差进行校验，然后在确定二进制感应分压器 bivd自身相角偏差以及与单级 8:1 感应分压器之间的级联误差后即可确定级联结构的 16:1 感应分压器相角偏差，以此类推，即可实现对分压比为 2 n :1 的级联结构感应分压器相角偏差校验。
14、该方法在高分压比的时候需要使用大量的二进制感应分压器的级联，成本高，校验过程复杂。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种宽频电阻分压器角差的校准装置及方法，以实现在不同频率下对宽频电阻分压器的角差进行快速而准确的校准。
2、本发明是这样实现的：
3、一种宽频电阻分压器角差的校准装置，包括：
4、宽频电量采集分析系统，包括：主控计算机、pxi控制器和数字化仪；所述pxi控制器分别连接所述主控计算机和所述数字化仪；所述宽频电量采集分析系统用于对经过分压器的模拟小信号进行高速同步采样，然后将数据传输至所述主控计算机，由编制的上位机程序对信号进行分析处理；
5、电能功率标准源，分别连接所述主控计算机、所述分压器和所述数字化仪；所述电能功率标准源为可编辑高次谐波的多功能信号源，利用高次谐波模拟宽频信号输出，为所述分压器施加工作电压；同时信号源还具备同步内部时钟的采样参考信号和系统相位参考信号，其中采样参考信号作为所述数字化仪的外部触发信号，系统相位参考信号作为相位比较的计算参考；
6、所述分压器，为宽频电阻分压器，作为被检设备分别连接所述电能功率标准源和所述数字化仪。
7、进一步地，所述分压器还连接一电压跟随器。
8、一种宽频电阻分压器角差的校准方法，采用如上所述的一种宽频电阻分压器角差的校准装置进行校准，所述校准方法包括下述步骤：
9、步骤s1：利用0°和180°自然相位标准，修正宽频电量采集分析系统两个通道间的延迟，并建立“相位-频率”关系模型，为后续通过相位参考信号校准信号源模拟输出提供参考通道；
10、步骤s2：利用多功能信号源提供电压信号，用各次谐波去模拟不同频率的正弦波，从而将各次谐波信号作为分压器不同频率下的输入信号，即提供分压器角差校准用试验信号；
11、步骤s3：设置信号源，输出基波和叠加一次谐波，基波幅值和叠加谐波的幅值相同，谐波的频率设置为分压器的待校频率，基波初相位设置为0°，各次校准的谐波初相位设置成同一数值；信号源的输出信号接入宽频电量采集分析系统的比较通道ch2，相位参考信号接入宽频电量采集分析系统的参考通道ch1，通过此试验，获得宽频电量采集分析系统在信号源输出模拟信号直接接入宽频电量采集分析系统时，基波和叠加的谐波相对于相位参考信号的相移；
12、步骤s4：设置信号源，输出基波和叠加一次谐波，基波幅值和叠加谐波的幅值相同，谐波的频率设置为分压器的待校频率，基波初相位设置为0°，各次校准的谐波初相位设置成同一数值；信号源的输出信号经过分压器后接入宽频电量采集分析系统的比较通道ch2，相位参考信号接入频电量采集分析系统的参考通道ch1，通过此试验，获得宽频电量采集分析系统在信号源输出模拟信号经分压器接入宽频电量采集分析系统时，基波和叠加的谐波相对于相位参考信号的附加相移；
13、步骤s5：利用步骤s3的结果修正步骤s4，即可获得宽频分压器在设置的谐波频率下的角差；
14、步骤s6：改变叠加的谐波的阶次，重复步骤s3~s5，完成被校分压器在其他频率下的角差校准。
15、进一步地，所述步骤s1 中，通过如下步骤开展采集通道的相位延迟修正：
16、（1）以0°和180°标准信号作为测试信号，分别测量比较通道ch2相对于参考通道ch1的相位差；
17、（2）互换通道ch1和ch2，消除除采集通道间固有相位延迟之外的其他系统误差；
18、（3）改变输入信号的频率，建立相位延迟与输入信号频率的关系模型，并依据模型对采集通道的相位延迟进行修正。
19、本发明的优点在于：
20、1、本发明采用高次谐波模拟技术生成宽频信号输入，实现对不同频率下的分压器角差进行精确校准，显著扩展了校准的频率范围，降低了对宽频信号源的要求，从而有效减少了校准成本。
21、2、本发明基于数字采样技术，基于傅里叶分析方法可以获得幅值和相位信息的特征，将分压器的角差校准转化为幅值测量，无需通过两路比较的方式获得相位差，因此无需使用角差已知的标准分压器，实现了自我校准，简化了校准流程，使得校准更加经济且易于操作。
22、3、本发明具备全量程模拟高压侧信号输入的能力，这一特性有效避免了分压器电压系数对分压器相角偏差的潜在影响，确保了校准过程的准确性，提高了测量结果的可靠性。
1.一种宽频电阻分压器角差的校准装置，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的一种宽频电阻分压器角差的校准装置，其特征在于：所述分压器还连接一电压跟随器。
3.一种宽频电阻分压器角差的校准方法，其特征在于：采用如权利要求1或2所述的一种宽频电阻分压器角差的校准装置进行校准，所述校准方法包括下述步骤：
4.如权利要求3所述的一种宽频电阻分压器角差的校准方法，其特征在于:所述步骤s1中，通过如下步骤开展采集通道的相位延迟修正：
