基于电流比较仪电桥的直流电流传感器精密校准技术研究

High precision Direct Current Current Tranducer （DCCT）has been widely used in accelerator magnet power supplies. As the current sampling device, DCCT is directly determined the current accuracy of the power supply. With the high requirement of accelerator beam quality, and strict requirement of beam loss, the current accuracy is required to be 10 to 20 ppm (part per million) to promise the accurate current output of each power supply and the current tracking error between many power supplies. An approach based on Direct Current Comparator(DCC) Bridge and current range extender has been proposed to calibrate the accuracy and linearity of the DCCT. Based on the principle of flux balance and the DCCT regarded as an equivalent resistor, the accuracy of the DCCT will be calibrated to be better than 5ppm which can achieve critical requirements of future accelerators.

直流电流传感器（DCCT）作为加速器励磁电源的电流采样元件，直接决定励磁电流的准确性。随着加速器束流品质要求越来越高，对束流损失的严格控制，需要单台电源具备10-20ppm（百万分之一）的极高电流准确度，以保证单台电源的准确电流输出及多台电源之间严格的电流同步。 本课题研究提出一种基于直流电流比较仪电桥及高准确度电流量程转换器的方法，将DCCT等效为电阻，实现对DCCT的优于5ppm精度的精密校准。利用磁通平衡原理，电桥达到平衡的过程及平衡状态时，主、从线圈电流为同时按比例互动平衡状态，测量精度不依赖于电流源和高精度数字电压表的准确度和稳定度，克服了传统校准方法由电流源及电压表的性能决定测量精度的局限，这种方法可以满足未来加速器对于电流也即是磁场超高准确性的需求。

直流电流传感器（DCCT）作为加速器励磁电源的电流采样元件，直接决定励磁电流的准确性。随着加速器束流品质要求越来越高，对束流损失的严格控制，需要单台电源具备10-20ppm（百万分之一）的极高电流准确度，以保证单台电源的准确电流输出及多台电源之间严格的电流同步。 本课题研究提出一种基于直流电流比较仪电桥及高准确度电流量程转换器的方法，将DCCT等效为电阻，实现对DCCT的优于5ppm精度的精密校准。利用磁通平衡原理，电桥达到平衡的过程及平衡状态时，主、从线圈电流为同时按比例互动平衡状态，测量精度不依赖于电流源和高精度数字电压表的准确度和稳定度，克服了传统校准方法由电流源及电压表的性能决定测量精度的局限，这种方法可以满足未来加速器对于电流也即是磁场超高准确性的需求。.DCCT用于测量电流，实现大电流到小电流的转换，并通过采样电阻实现了大电流到低电压的转换，此时其可以等效为一个电阻。将DCCT等效为电阻，采用类似电阻校准的方法，实现DCCT的校准。根据对DCCT特性的分析，将其等效为电阻，是该方法的理论基础。通过磁通平衡原理的自动测阻电桥，实现对该等效电阻的精确测量，从而得到DCCT输出的准确度和线性度信息。同时必须考虑DCCT的特性，虽可等效为电阻，但并不是真正的电阻，其测量需要通过几百甚至千安培量级的电流，所以需要考虑电流的准确量程扩展，再次通过磁通平衡原理，实现匝比的准确度控制，从而实现大电流到小电流的精确比例转换，以得到电桥的匹配输入的小电流。.课题研究围绕基于电桥的电流传感器校准技术及其应用研究展开。通过基于电桥的电流传感器校准技术原理研究，基于计量级的商用电桥搭建的验证系统，验证了原理的正确性，并实现了对传感器优于2ppm的精密校准。.在上述原理性验证的基础上，开展了多项应用技术研究。基于磁通平衡原理，开展了传感器及精密电流源研制；并基于电桥校准平台，研制了精密校准电流传感器及其测试系统，可以实现对传感的精密快速测量及校准。