CN105353193B - 一种直流小电流钳型测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种直流小电流钳型测量装置，属于电工技术领域，解决现有电流传感装置用于工业微小直流电流测量时灵敏度、精度不够的问题，以可靠、稳定运行的结构用于直流小电流工业领域的准确测量。本发明包括传感头、调制变压器、带通滤波器、相敏解调器、直流放大器和功率放大器，所述传感头为圆环形，包括上半环U型检测铁芯中第一半环检测铁芯和第二半环检测铁芯、下半环U型检测铁芯中第三半环检测铁芯和第四半环检测铁芯。上、下半环U型检测铁芯拼装后，整体置于磁屏蔽铁芯由两侧屏蔽层组成的环形半空腔中，环形磁屏蔽铁芯外面绕有反馈绕组。本发明能够实现工业微小直流电流的准确测量，传感头为钳型结构，其测量灵敏度、准确度高，适用于工业应用。

Description

一种直流小电流钳型测量装置
技术领域
本发明属于电工技术中的电流测量设备领域，更具体地，涉及一种用于直流小电流的钳型测量装置。
背景技术
《仪表技术与传感器》刊物于2008年第10期第9～11页发表的论文“磁调制式直流小电流有源传感器”，对一种实用的倍频磁调制式直流小电流有源传感器的激励源电路、磁调制电路和信号处理电路的要点、关键参数进行了分析和介绍，提出开口型小电流传感器，利用铁芯截面加工成锯齿形的办法，可以提高其分辨率和测量精度。该论文具有一定的参考价值，但分析的电路和铁芯加工成锯齿形的办法，其作用是非常有限的。因为对于直流小电流钳型即开口型测量装置，关键的技术是能否使用好磁导率最好的坡莫合金材料。虽然坡莫合金这种材料磁导率高的优点非常突出，但是其铁芯被机械性切割、开口会出现磁导率严重下降的缺陷也非常突出；而硅钢片这种材料虽然被切割、开口后不会出现磁导率严重下降的问题，但是其本身磁导率就不高。
发明内容
针对现有技术中直流小电流测量装置中采用的坡莫合金以及硅钢片两种材料各自的缺陷，本发明的目的在于解决以上技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种直流小电流钳型测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：传感头；
所述传感头包括上半环U型检测铁芯、下半环U型检测铁芯和环形磁屏蔽铁芯；所述上半环U型检测铁芯包括第一半环检测铁芯和第二半环检测铁芯构成的封闭U型结构；所述下半环U型检测铁芯包括第三半环检测铁芯和第四半环检测铁芯构成的封闭U型结构；
所述第一半环检测铁芯外面绕有第一调制检测绕组，所述第二半环检测铁芯外面绕有第二调制检测绕组，所述第三半环检测铁芯外面绕有第三调制检测绕组，所述第四半环检测铁芯外面绕有第四调制检测绕组；
所述环形磁屏蔽铁芯包括由两侧磁屏蔽层组成的环形半空腔，所述上半环U型检测铁芯和所述下半环U型检测铁芯，拼装后整体置于环形磁屏蔽铁芯的环形半空腔中，环形磁屏蔽铁芯外面绕有反馈绕组；
所述第一调制检测绕组的异名端与第四调制检测绕组的同名端相连，第三调制检测绕组的同名端与第二调制检测绕组的异名端相连；
优选地，所述装置还包括：调制变压器、带通滤波器、相敏解调器、直流放大器和功率放大器；所述第一调制检测绕组的同名端与调制变压器二次绕组的同名端相连，所述第二调制检测绕组的同名端连接到调制变压器二次绕组的异名端，所述第四调制检测绕组的异名端与第三调制检测绕组的异名端与接地点相连；
优选地，所述调制变压器二次绕组的中心抽头连接所述带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端连接到所述相敏解调器的输入端，所述相敏解调器的输出端与所述直流放大器的输入端相连，所述直流放大器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端与所述反馈绕组的同名端相连，所述反馈绕组的异名端通过标准电阻连接接地点；
优选地，所述上半环U型检测铁芯和下半环U型检测铁芯,均由经过退火处理后卷绕成U型的坡莫合金带组成；
优选地，所述环形磁屏蔽铁芯的所述两侧磁屏蔽层各自分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成，经拼装而构成内有圆环形半空腔的圆环状；所述反馈绕组等分为两段，分别对应绕在所述两侧磁屏蔽层上，其通过导线连接。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
本发明针对坡莫合金材料的突出优缺点，提出了上、下半环自成封闭的U型检测铁芯的结构，既实现了坡莫合金材料不需机械性切割、开口、保证了它完好的磁性能，又实现了上下半环的开口式即钳型式结构，适用于工业应用。
附图说明
图1为本发明的传感头检测铁芯和检测绕组示意图；
图2为传感头截面示意图；
图3为本发明的电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例，包括传感头、调制变压器T、带通滤波器E、相敏解调器F、直流放大器G和功率放大器H；
如图1、图2、图3所示，所述传感头为圆环形，包括上半环U型检测铁芯A中第一半环检测铁芯C1和第二半环检测铁芯C2、下半环U型检测铁芯B中第三半环铁芯C3和第四半环检测铁芯C4、和环形磁屏蔽铁芯C，上半环U型检测铁芯A和下半环U型检测铁芯B形状相同；第一半环检测铁芯C1外面绕有第一调制检测绕组W1，第二半环检测铁芯C2外面绕有第二调制检测绕组W2，第三半环检测铁芯C3外面绕有第三调制检测绕组W3，第四半环检测铁芯C4外面绕有第四调制检测绕组W4；所述环形磁屏蔽铁芯C具有由两侧磁屏蔽层组成的环形半空腔，各绕有调制检测绕组的上半环U型检测铁芯A和下半环U型检测铁芯B，拼装后整体置于环形磁屏蔽铁芯C的环形半空腔中，环形磁屏蔽铁芯C外面绕有反馈绕组WF；
所述第一调制检测绕组W1、第二调制检测绕组W2、第三调制检测绕组W3和第四调制检测绕组W4的匝数相同，均为1000匝；所述反馈绕组WF为1000匝；
如图3所示，所述第一调制检测绕组W1的同名端与调制变压器T二次绕组的同名端相连，第一调制检测绕组W1的异名端与第四调制检测绕组W4的同名端相连，第四调制检测绕组W4的异名端与第三调制检测绕组W3的异名端以及接地点连接，第三调制检测绕组W3的同名端与第二调制检测绕组W2的异名端相连，第二调制检测绕组W2的同名端连接到调制变压器T二次绕组的异名端，调制变压器T二次绕组的中心抽头连接带通滤波器E的输入端，带通滤波器E的输出端连接到相敏解调器F的输入端，相敏解调器F输出端与直流放大器G的输入端相连，直流放大器G的输出端连接功率放大器H的输入端，功率放大器H的输出端与反馈绕组WF的同名端相连，反馈绕组WF的异名端通过标准电阻RS连接接地点。标准电阻Rs阻值为1欧姆。
本发明工作时，被测一次直流小电流IP的导线WP从所述传感头中心圆孔穿过。直流放大器G输出的直流检测信号，经功率放大器H后给反馈绕组WF输入反馈电流IF，实现反馈直流安匝WFIF与被测直流安匝WPIP的磁势平衡WFIF＝WPIP。通常被测一次直流电流IP的导线WP为1匝，所以反馈电流IF＝IPWP/WF准确地表示被测一次直流电流IP,比率系数WP/WF为被测与反馈绕组的匝数比，为一常数。反馈电流IF流过标准电阻Rs，得到电压IFRs，以满足电压信号采样仪器的需要。
如图1、图2所示，本实施例的传感头中，所述上半环U型检测铁芯A和下半环U型检测铁芯B，均由经过退火处理后卷绕成U型的坡莫合金带组成；第一半环检测铁芯C1和第二半环检测铁芯C2构成封闭的U型检测铁芯A，第三半环检测铁芯C3和第四半环检测铁芯C4构成封闭的U型检测铁芯B；
所述环形磁屏蔽铁芯C，由上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯组成，上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯，各自分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成，经拼装而构成由两侧屏蔽层组成的内有圆环形半空腔的圆环状；
所述反馈绕组WF等分为两段，分别对应绕在所述环形磁屏蔽铁芯C的上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯在M、N处拼接为圆环状整体。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流小电流钳型测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：传感头；
所述传感头包括上半环U型检测铁芯、下半环U型检测铁芯和环形磁屏蔽铁芯；所述上半环U型检测铁芯包括第一半环检测铁芯和第二半环检测铁芯构成的封闭U型结构；所述下半环U型检测铁芯包括第三半环检测铁芯和第四半环检测铁芯构成的封闭U型结构；
所述第一半环检测铁芯外面绕有第一调制检测绕组，所述第二半环检测铁芯外面绕有第二调制检测绕组，所述第三半环检测铁芯外面绕有第三调制检测绕组，所述第四半环检测铁芯外面绕有第四调制检测绕组；
所述环形磁屏蔽铁芯包括由两侧磁屏蔽层组成的环形半空腔，所述上半环U型检测铁芯和所述下半环U型检测铁芯，拼装后整体置于环形磁屏蔽铁芯的环形半空腔中，环形磁屏蔽铁芯外面绕有反馈绕组；
所述第一调制检测绕组的异名端与第四调制检测绕组的同名端相连，第三调制检测绕组的同名端与第二调制检测绕组的异名端相连；
所述上半环U型检测铁芯和下半环U型检测铁芯,均由经过退火处理后卷绕成U型的坡莫合金带组成。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：调制变压器、带通滤波器、相敏解调器、直流放大器和功率放大器；所述第一调制检测绕组的同名端与调制变压器二次绕组的同名端相连，所述第二调制检测绕组的同名端连接到调制变压器二次绕组的异名端，所述第四调制检测绕组的异名端与第三调制检测绕组的异名端与接地点相连。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调制变压器二次绕组的中心抽头连接所述带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端连接到所述相敏解调器的输入端，所述相敏解调器的输出端与所述直流放大器的输入端相连，所述直流放大器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端与所述反馈绕组的同名端相连，所述反馈绕组的异名端通过标准电阻连接接地点。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形磁屏蔽铁芯由上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯组成，所述上半圆环磁屏蔽铁芯和所述下半圆环磁屏蔽铁芯分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成，经拼装而构成内有圆环形半空腔的圆环状；所述反馈绕组等分为两段，分别对应绕在所述上半圆环磁屏蔽铁芯和所述下半圆环磁屏蔽铁芯上，两段反馈绕组通过导线连接。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一调制检测绕组、第二调制检测绕组、第三调制检测绕组、和第四调制检测绕组的匝数相同，均为300匝～3000匝；所述反馈绕组为100匝～1000匝。
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