CN105044429A - 一种低温漂的柔性微分电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温漂的柔性微分电流传感器，属于传感器领域的电流测量技术；该传感器为无骨架的环形空心线圈；所述的空心线圈为采用表面绝缘处理后的无磁性导电线材均匀绕制成螺旋状而成，该空心线圈两端引出线，为信号输出端。还可包括一根回线，该回线从空心线圈的内侧或外侧环绕一周。也可包括一个金属壳体和与金属壳体相连的金属线，所述空心线圈全部置于金属壳体内。本发明具有较宽的工作温度范围下准确度高的特性，适用于户内户外环境，能同时满足测量、计量和保护对电流传感器测量范围及准确度的要求。解决了传统实心线圈温漂过大的问题。

Description

一种低温漂的柔性微分电流传感器

技术领域

本发明属于传感器领域的电流测量技术，特别是涉及一种罗氏线圈制成的电流传感器。

背景技术

微分电流传感器又叫罗氏线圈(Rogowski线圈),是一个均匀缠绕在非铁磁性材料骨架上的环形线圈。如式(1)所示，罗氏线圈输出电压大小e(t)为罗氏线圈互感应系数M与电流I对时间t微分的乘积。

$e\left(t\right)=M\frac{\mathrm{dI}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$ 式(1)

其中，M与罗氏线圈的截面积S成本比。

利用罗氏线圈制成的电流互感器具有二次开路无高压、无磁饱和、频率响应宽、动态范围大、测量电流范围宽等优点，能同时满足计量、保护和测量的用途要求，这是所有带铁心的电磁式电流互感器无法比拟的。柔性罗氏线圈，因对一次导体形状无特殊要求，大大降低了对施工条件和工程环境的要求，具有广泛的工程实用价值。

虽然罗氏线圈制成的电流互感器具有以上诸多优点，但罗氏线圈尤其是柔性罗氏线圈的一项主要缺点是存在较大温漂。其主要原因是现有的柔性罗氏线圈的是在高分子材料制成的柔性骨架上绕制漆包线制成的,由于高分子材料热膨胀系数较大(为10^-4量级)，在温度变化时柔性骨架的热膨胀导致柔性罗氏线圈的截面积S发生变化，从而导致其互感应系数M发生变化，进而导致输入电流I(t)与输出电压e(t)的关系随温度发生变化，即温漂。

温漂大的不足给柔性罗氏线圈的应用带来较大的局限性，目前该类线圈制成的电流传感器一般只能应用于对温漂要求不高的环境中。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有柔性线圈存在温漂大的不足，提出一种低温漂的柔性微分电流传感器，其具有较宽的工作温度范围下准确度高的特性，适用于户内户外环境，能同时满足测量、计量和保护对电流传感器测量范围及准确度的要求。

本发明的一种低温漂的柔性微分电流传感器，其特征在于，该传感器为无骨架的环形空心线圈；所述的空心线圈为采用表面绝缘处理后的无磁性导电线材均匀绕制成螺旋状而成，该空心线圈两端引出线，为信号输出端。

所述低温漂的柔性微分电流传感器还可包括一根回线，该回线从空心线圈的内侧或外侧环绕一周。

所述低温漂的柔性微分电流传感器还可包括一个金属壳体和与金属壳体相连的金属线，所述空心线圈全部置于金属壳体内，空心线圈与金属壳体之间预留一定的空间，以防止金属壳体热涨而导致空心线圈变形；金属壳体沿在其圆周内侧留出一道缝，以保证被测一次导线的磁场不被磁屏蔽，而能穿入金属壳体内，以形成空心线圈对一次导线电流形成磁场的电磁感应测量；与金属壳体相连的金属线接大地；流过被测电流的一次导线从金属壳体的内孔中穿过，空心线圈即形成对一次导体流过电流的测量。

所述空心线圈可为用铜或铝等无磁性导电线材表面绝缘处理后用绕线机均匀绕制成螺旋状柔性线圈。

相比实心柔性罗氏线圈，在温度变化时，这种空心的柔性罗氏线圈的截面积只受绕制线圈的材料(一般为铜或铝)本身的热膨胀影响，而实心柔性罗氏线圈的截面积则主要受到高分子材料制成的柔性骨架影响；铜或铝等金属材料的热膨胀系数在10^-5量级,而高分子材料的热膨胀系数一般在10^-4量级，故空心柔性罗氏线圈在温度变化时由于截积变化导致的温漂将会比实心柔性罗氏线圈低一个量级。最终测试结果显示，空心柔性罗氏线圈在在-40～+70℃的温度范围内测量准确度变化不超过±0.2％,而实心罗氏线圈的准确度变化超过±3％。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.空心柔性线圈完全空心，消除了因柔性骨架热膨胀导致的温漂。

2.可采取成熟的拉簧工艺制作出任意长度的空心柔性线圈，工艺简单，无需重新研制长直线绕线机。

附图说明

图1为本发明的实施例1结构示意图；

图2为本发明的实施例2结构示意图；

图3为本发明的实施例3结构示意图：其中，图3(a)为被测电流的导线横截面示意图，图3(b)为被测电流的导线轴向纵剖面示意图，图3(c)为与图3(b)垂直方向的纵剖面示意图。

具体实施方式

本发明提出的低温漂的柔性微分电流传感器结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出的一种低温漂的柔性微分电流传感器，其特征在于，该传感器为无骨架的环形空心线圈；所述的空心线圈为采用表面绝缘处理后的无磁性导电线材均匀绕制成螺旋状而成，该空心线圈两端引出线，为信号输出端。

所述低温漂的柔性微分电流传感器还包括一根回线，该回线从空心线圈的内侧或外侧环绕一周。

使用时，将空心线圈环绕在通过被测电流的导线周围。

图1为本发明的第一个具体实施例。该实施例1包含一个环形空心线圈1，及信号输出端3、4。空心线圈1为用铜或铝等无磁性导电线材表面绝缘处理后用绕线机均匀绕制成螺旋状柔性线圈,环绕在一次导线2周围；一次导线2为流过被测电流的导体；信号输出端3、4分别为空心线圈1的两端引出线。

本实施例的空心线圈的线材的长度、螺旋的直径均无特定要求，可根据实际应用情况而定；绕制空心线圈时要保持匝间排线均匀紧密，以尽量减小匝间的空隙，以及避免匝与匝之间交叉线的产生。

图2为本发明的另一个具体实施例。该实施例2包含一个环形空心线圈6，信号输出端9、10及回线7。空心线圈6为用铜或铝等无磁性导电线材表面绝缘处理后均匀绕制成螺旋状而成,环绕在一次导线8的周围；一次导线8为流过被测电流的导体；信号输出端10、9分别连接在空心线圈6的一端及回线7的一端；回线7与空心线圈6的材质和线径一致，其另一端从空心线圈6的内侧或外侧沿空心线圈环绕，并连接空心线圈6的另一端，以形成与空心线圈6的每个单匝环形成垂直位置关系，进而最终起到抵消除空心线圈6应测一次导线8周边磁场以外空间磁场干扰的作用。

本实施例的空心线圈的线材的长度、螺旋的直径均无特定要求，回线的长度与环形空心线圈的中心周长相同，可根据实际应用情况而定；绕制空心线圈时要保持密绕，以尽量减小匝间的空隙，另外，回线与空心线圈间的距离须尽量贴近。

本发明的又一个具体实施例，如图3(a)、图3(b)、图3(c)所示，该实施例3包含一个金属壳体11和与金属壳体11相连的金属线12。将按图1和图2实施例绕制完成的空心线圈15全部置于金属壳体内，如图3(a)；空心线圈15与金属壳体之间预留一定的空间(一般间隙≤0.1mm)，防止金属壳体热涨而导致空心线圈变形，从而影响测量精度；金属壳体起到屏蔽相间或其它空间电场干扰的作用，金属壳体不能完全闭合，应沿在其圆周内侧留出一道缝13，如图3(b)、图3(c)，以保证被测一次导线的磁场不被磁屏蔽，而能穿入金属壳体内，以形成空心线圈对一次导线电流形成磁场的电磁感应测量。与金属壳体相连的金属线应可靠的接入电位稳定的一端，以保证金属壳体所处电位的稳定，如接大地。一次导线14从金属壳体的内孔中穿过，空心线圈即形成对一次导体流过电流的测量。

虽然参照本发明的上述优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的一般专业技术人员应该明白，可以在形式和细节上对本发明作的各种改变，而不偏离本发明的精神和范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温漂的柔性微分电流传感器，其特征在于，该传感器为无骨架的环形空心线圈；所述的空心线圈为采用表面绝缘处理后的无磁性导电线材均匀绕制成螺旋状而成，该空心线圈两端引出线，为信号输出端。

2.如权利要求1所述低温漂的柔性微分电流传感器，其特征在于，所述低温漂的柔性微分电流传感器还包括一根回线，该回线从空心线圈的内侧或外侧环绕一周。

3.如权利要求1所述低温漂的柔性微分电流传感器，其特征在于，所述低温漂的柔性微分电流传感器还包括一个金属壳体和与金属壳体相连的金属线，所述空心线圈全部置于金属壳体内，空心线圈与金属壳体之间预留一定的空间，以防止金属壳体热涨而导致空心线圈变形；金属壳体沿在其圆周内侧留出一道缝，以保证被测一次导线的磁场不被磁屏蔽，而能穿入金属壳体内，以形成空心线圈对一次导线电流形成磁场的电磁感应测量；与金属壳体相连的金属线接大地；流过被测电流的一次导线从金属壳体的内孔中穿过，空心线圈即形成对一次导体流过电流的测量。

4.如权利要求1、2或3所述低温漂的柔性微分电流传感器，其特征在于，所述空心线圈为用铜或铝等无磁性导电线材表面绝缘处理后用绕线机均匀绕制成螺旋状柔性线圈。