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Exploration and Analysis of Traceability and Calibration Methods for DC Shunt Verification Devices
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摘要: 为了确保直流分流器检定装置得到有效溯源，从而保障其以及其量值传递对象直流分流器的计量准确可靠，从而最终保障直流电能计量的准确可靠，梳理并厘清了宽量限、大电流的直流电能溯源关系，介绍了溯源关系链上的各计量器具工作原理，尤其重点介绍了直流分流器检定装置的溯源标准器与溯源校准方法。初步探讨分析了直流大电流以及直流小信号电压精准计量等关键技术，例如精密I/V转换技术以及多斜积分模数转换技术。进行了测量结果不确定度评价示例。所提方法能为实现清洁能源建设提供技术保障，将有助于保证能源交易的公平公正，经过探讨分析，本研究领域有必要更深入研究。Abstract: To ensure the effective traceability of DC shunt verification devices, thus guaranteeing the accuracy and reliability of both the device and the DC shunts it measures, this paper delineates the wide-range, high-current traceability relationships for DC energy. It introduces the working principles of each measuring instrument in the traceability chain, with a focus on the traceability standards and calibration methods of the DC shunt verification device. The paper also discusses and analyzes key technologies for precise measurement of large DC currents and small-signal DC voltages, such as precision I/V conversion and multiple-slope integral analog-to-digital conversion techniques. An example of uncertainty evaluation for measurement results is provided. The proposed methods offer technical support for the development of clean energy infrastructure and ensure fair energy trading. This field warrants further in-depth study based on the discussions and analyses presented.
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图 1 直流电能量值传递溯源关系示意图
Figure 1. Schematic diagram of traceability relationship for DC energy value transmission
图 3 间接接入式直流电能表电能计量方式示意图
Figure 3. Schematic diagram of the indirect access method for DC energy meters
图 4 直接接入式直流电能表基本工作原理示意图
Figure 4. Basic working principle diagram of a direct access DC energy meter
图 5 直流分流器检定装置现场实物图
Figure 5. Physical image of the DC shunt calibration device on-site
图 6 直流分流器检定装置基本工作原理示意图
Figure 6. Schematic diagram of the basic working principle of the DC shunt calibration device
图 7 校准直流分流器检定装置的电流基本工作原理示意图
Figure 7. Schematic diagram of the basic working principle for current calibration of DC shunts
图 8 校准直流分流器检定装置的电阻基本工作原理示意图
Figure 8. Schematic diagram of the basic working principle for resistor calibration of the DC shunt calibration devic
图 9 校准直流分流器检定装置的纹波基本工作原理示意图
Figure 9. Schematic diagram of the basic working principle for ripple calibration in DC shunt calibration devices
图 11 直流小电压检测技术架构示意图
Figure 11. Schematic diagram of the architecture for DC low voltage detection technology
图 12 多斜积分器基础原理简化示意图
Figure 12. Simplified schematic diagram of the basic principle of a multi-slope integrator
表 1 直流分流器检定装置标准设备
Table 1. Standard equipment for DC shunt calibration devices
序号 校准项目 仪器设备名称 1 电流示值误差及
电流短期稳定性精密I/V转换标准、直流电压表 或：直流标准表 2 电阻示值误差 直流模拟标准电阻器 3 电流纹波 精密I/V转换标准、交流电压表 或：带纹波测量功能的电流标准表 
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表 2 直流大电流测量传统方法主要缺点
Table 2. Main drawbacks of traditional methods for large DC current measurement
传统方法名称 缺点 电阻法 准确度不高；环境敏感；温漂严重。 霍尔传感法 准确度不高；因自身测量特点及装备体积因素局限，难测直流大电流；易受交流分量影响。 直流比较仪法 仅适合慢速比较测量，无法适应宽动态瞬变信号。
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