CN105785105B - 一种三色光差杠杆微电流测量装置 - Google Patents

Abstract

一种三色光差杠杆微电流测量装置，包括设有读数窗的外壳体，所述外壳体内设有发光设备、电感线圈和反光机构，所述电感线圈通过支架固定安装在壳腔后侧，与外部测量引线连接；所述反光机构包括磁光杠杆板和二次反光板，磁光杠杆板悬挂在电感线圈的前侧，可以其竖向中轴线为中心转动，其左右两侧具有相异的磁极，所述二次反光板则固定安装在壳腔中；所述发光设备包括三个单色发光器，发光器射出的光线均经由磁光杠杆板及二次反光板反射到所述读数窗上。本发明装置利用电感线圈有电流通过时磁场变化的原理，利用电流产生的磁场自动调节装置内的光路，读数窗上光斑位置的变化可直观反应线圈中通过电流的大小，结构设计合理，操作方便。

Description

一种三色光差杠杆微电流测量装置

技术领域

本发明涉及电气工程领域，尤其涉及一种用于高压电气试验和科学试验中的微电流测量装置。

背景技术

目前电气工程中测量小电流使用的电流计，大都采用的是机械式的测量装置，通过电磁感应使机械式的指针旋转摆动并指示读数，再由弹簧游丝回位。这种装置机械摩擦大，能量损耗也大，具有灵敏度不够高、测量微小电流不准确的缺点。在高压电气试验中也有采用数字式微安表测量微小电流的，但这类仪表采用集成电路芯片和元件作为电流的检测装置，对电子元件和测量芯片的参数要求较高，若元器件参数发生变化或环境温度变化，造成零点漂移和温度漂移，则测量将产生较大误差，对微安级以下的电流不能测量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明基于磁放大和光放大设计原理，设计了一种不含机械传动装置和集成电路元器件的三色光差杠杆微电流测量装置，测量装置不易受环境因素影响，为工程上精确测量微安级以下的小电流提供了一个良好的解决方案。

本发明的提供的技术方案为：

一种三色光差杠杆微电流测量装置，包括外壳体，所述外壳体的前侧面安装有读数窗，所述读数窗上设有刻度，其特征在于，所述外壳体的壳腔内设有发光设备和光路调节设备：

所述光路调节设备包括电感线圈和反光机构，所述电感线圈通过支架固定安装在壳腔的后侧，与外部测量引线电连接；所述反光机构包括磁光杠杆板和二次反光板，所述磁光杠杆板由磁性材料制成，表面设有反光层，悬挂在电感线圈的前侧，可以其竖向中轴线为中心转动，其左右两侧具有相异的磁极，所述二次反光板则固定安装在壳腔中；

所述发光设备包括三个单色发光器，所述发光器射出的光线均经由磁光杠杆板及二次反光板反射到所述读数窗上，且其一单色发光器入射到磁光杠杆板的竖向中轴线上，其反射光通过二次反光板再反射到读数窗的中心点或基准点上，其余两个单色发光器入射到磁光杠杆板上的位置分别位于磁光杠杆板竖向中轴线的左右两侧。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述读数窗的内侧设有增透膜，使二次反射光呈竖条纹状投影到读数窗上。

所述外壳体的内壁设有磁场屏蔽层，用于屏蔽外界的电磁干扰。

所述外壳体优选采用工程塑料或玻璃钢材料制成。

本发明装置设有抽真空排气系统，所述抽真空排气系统包括排气管路、控制阀及监视壳腔内气体压力的微压压力表。

所述外壳体的表面安装有气泡水平仪，外壳体底部设有可调节高度的支脚。

所述磁光杠杆板通过板轴线悬挂在壳腔中，所述板轴线由一根第一连接线和两根第二连接线构成，所述第一连接线与磁光杠杆板竖向中轴线同轴，一端连接磁光杠杆板，一端与壳腔顶部连接；两根第二连接线分别设于第一连接线的左右两侧，一端与磁光杠杆板连接，另一端连接在第一连接线上，且两根第二连接线以第一连接线为中心线镜像对称，构成平面的等腰三角形结构。

所述板轴线优选采用玻璃纤维丝制成。

所述光路调节设备包括设置在外壳体上的测量接线端子，所述测量接线端子设有贯穿外壳体壳壁的无感金属棒体，电感线圈通过线圈支架立面安装在壳腔内，线圈端子引线与所述无感金属棒体伸入壳腔内的一端连接，所述无感金属棒体位于外壳体外侧的一端配有端子螺母，用于固定外部测量引线的线夹或线鼻。

有益效果：

本发明三色光差杠杆微电流测量装置，结构设计合理，传动简单，能量损耗极小，测量精确度高，操作方便且易于维护，适合于电气工程领域高压电气试验或科学研究中对微小电流的测量，且能够精确测量微安级以下的的微小电流。

附图说明

图1是本发明一实施例的俯视结构剖视图；

图2是图1实施例装置的正面视图；

图3是图1实施例的A-A向的剖视图；

图4是本发明装置的工作原理示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1至图4所示的一种三色光差杠杆微电流测量装置，包括设有读数窗的31外壳体1，读数窗31外表面设有刻度，所述外壳体1为箱型六面体，优选采用高强度的工程塑料或玻璃钢材料制成。外壳体1的壳腔中安装有发光设备和光路调节设备，外壳体壳腔内壁设有磁场屏蔽层2，所述磁场屏蔽层2可由磁导率小的材料制成，用于屏蔽外界的电磁干扰信号。

如图1所示，所述发光设备包括电光转换器24、发光管21及多个发光器，所述多个发光器包括黄光发光器18、绿光发光器19、红光发光器20，上述发光器能连续发出各自的单色光，三个发光器与发光管21设计为一体结构，并通过紧固件22固定在发光器支座23上。电光转换器24通过紧固件26固定在发光器支座23上，并通过线缆25与发光管21连接。所述发光器支座23通过螺栓27固定在外壳体1的左侧内壁上。电光转换器24的电源输入端通过电缆17、电缆插头16与外部电源连接。

所述光路调节设备包括电感线圈3、反光机构和测量接线端子11：

所述电感线圈3可由电阻率小的金属导线按相同方向绕制而成，起到磁场放大的作用。所述电感线圈3绕在线圈支架7的线圈架耳4上，通过线圈支架7立面放置在壳腔的后侧，线圈支架7通过架托5和螺钉6固定在外壳体1的后侧内壁上。

所述反光机构包括磁光杠杆板50和二次反光板30。所述磁光杠杆板50由硬磁性材料制成，表面涂覆或电镀高效反光薄层，通过板轴线悬挂在电感线圈3的前侧，可以其竖向中轴线为中心转动，其左右两侧具有相异的磁极。所述板轴线可采用相对介电常数小的材料纤维制成，如玻璃纤维丝等。所述板轴线由一根第一连接线51和两根第二连接线54构成，所述第一连接线51与磁光杠杆板50的竖向中轴线同轴，一端连接磁光杠杆板50，一端连接在板轴线座52上。所述板轴线座52通过紧固螺钉53固定在外壳体壳腔顶部。两根第二连接线54分别设于第一连接线51的左右两侧，一端与磁光杠杆板50连接，另一端连接在第一连接线51的中部，且两根第二连接线54以第一连接线51为中心线镜像对称，构成平面的等腰三角形结构，保障磁光杠杆板50只能在水平面内转动或偏转。所述二次反光板30通过高强度胶粘在反射板底座28，反射板底座28由螺钉29固定连接在外壳体1的右侧内壁上。

所述测量接线端子11设有贯穿外壳体壳壁的无感金属棒体(无感电阻)，电感线圈4的端子引线8,9分别与外壳体1左右两侧的无感金属棒体焊接连接，所述无感金属棒体位于外壳体1外侧的一端配有端子螺母10，用于固定外部测量引线的线夹或线鼻。

所述外壳体1的顶面镶嵌有气泡水平仪71，当气泡水平仪71中的气泡居中时，装置处于水平状态。外壳体1底部配有高度可调的支脚60，使用时可通过旋拧相应支脚60的调节螺栓61使气泡水平仪71的气泡居中。

本实施例装置配有抽真空排气系统，所述抽真空排气系统包括抽气设备与排气管路，所述排气管路包括与壳腔连通的连接管15，所述连接管15由金属材料制成，用于监视壳腔内气体压力水平的微压压力表12安装在连接管15上。连接管15通过排气管13与抽气设备连接，排气管13上配置有快关球阀14，由快关球阀14实现对排气管路的控制。

工作原理：

如图4所示，上述发光器射出的光线均经由磁光杠杆板50及二次反光板30反射到所述读数窗32上，且相对于磁光杠杆板50，三个发光器的光线射出角度不同，绿色发光器19射出的绿色光束102入射到磁光杠杆板50的竖向中轴线上，其对应的反射光通过二次反光板30再反射到读数窗31的中心基准点0位置上；黄色发光器18射出的黄色光束101入射到磁光杠杆板50的左侧一端(首端)，经两次反射后到达读数窗32的A位置；红色发光器20射出的红色光束103入射到磁光杠杆板50的右侧一端(末端)，经两次反射后到达读数窗32的B位置。所述读数窗31内侧设有增透膜32，使二次反射光可呈竖条纹状投影到读数窗31上。

所述电感线圈3通过测量接线端子11与外部测量引线104的线夹105相接，本装置用于电气工程中的高压电气试验或高压电气设备检测时，微安级以下的微小电流经过测量接线端子11流过电感线圈3时，电感线圈3将电流产生的磁场放大，磁光杠杆板50自由悬挂在电感线圈3前，当其受到该磁场的作用时，会在水平面内偏转一个微小角度a，该角度与电流成正比。发光器发出的黄、绿、红单色光线分别照射在磁光杠杆板50的首端、中端和末端，反射后黄光和红光的反射角被放大，经二次光反射板反射后，经增透膜32照射在读数窗31上，此刻读数窗31上黄光位置读数和红光位置读数之差与磁光杠杆板50偏转角度成正比，由试验确定比例系数后，读数窗31上黄光与红光位置差就是被测电流的大小，因反光角度的设计，绿光照射角度不变，因此绿光始终位于黄光和红光之间，绿光为中心位置校准信号，用以显示装置光系统是否正常。假设黄色光束101的全光程为S1，绿色光束102的全光程为S2，红色光束103的全光程为S3，则应有关系式因此在读数窗上黄光与红光的位置差就反映了偏转角度a的大小，也反映了被测电流的大小。如被测电流相反，则偏转角度也相反，上述关系式不变。如被测量的是交变电流，则由于机械惯性，磁光杠杆板会保持一个角度，前面所述关系式仍然存在。

同时为了保证测量的精准度，消除空气浮力和气流对磁光杠杆板50及板轴线的影响，装置密闭并将其中的空气抽出，且装置工作时需严格水平，因此装置外壳体1设水平仪70，可通过调节底部支脚螺栓61调节水平。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种三色光差杠杆微电流测量装置，包括外壳体（1），所述外壳体（1）的前侧面安装有读数窗（31），所述读数窗（31）上设有刻度，其特征在于，所述外壳体（1）的壳腔内设有发光设备和光路调节设备：

所述光路调节设备包括电感线圈（3）和反光机构，所述电感线圈（3）通过支架固定安装在壳腔的后侧，与外部测量引线电连接；所述反光机构包括磁光杠杆板（50）和二次反光板（30），所述磁光杠杆板（50）由磁性材料制成，表面设有反光层，悬挂在电感线圈（3）的前侧，可以其竖向中轴线为中心转动，其左右两侧具有相异的磁极，所述二次反光板（30）则固定安装在壳腔中；

所述发光设备包括三个单色发光器，所述发光器射出的光线均经由磁光杠杆板（50）及二次反光板（30）反射到所述读数窗上，且其一单色发光器入射到磁光杠杆板（50）的竖向中轴线上，其反射光通过二次反光板（30）再反射到读数窗（31）的中心点或基准点上，其余两个单色发光器入射到磁光杠杆板（50）上的位置分别位于磁光杠杆板（50）竖向中轴线的左右两侧;

所述读数窗（31）的内侧设有增透膜（32），使二次反射光呈竖条纹状投射到读数窗（31）上;所述外壳体（1）的内壁设有磁场屏蔽层（2）。

2.根据权利要求1所述的一种三色光差杠杆微电流测量装置，其特征在于：所述外壳体（1）为工程塑料或玻璃钢材料。

3.根据权利要求1所述的一种三色光差杠杆微电流测量装置，其特征在于：设有抽真空排气系统，所述抽真空排气系统包括排气管路、控制阀及监视壳腔内气体压力的微压压力表。

4.根据权利要求1所述的一种三色光差杠杆微电流测量装置，其特征在于：所述外壳体（1）的表面安装有气泡水平仪（71），外壳体（1）底部设有可调节高度的支脚（60）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种三色光差杠杆微电流测量装置，其特征在于：所述磁光杠杆板（50）通过板轴线悬挂在壳腔中，所述板轴线由一根第一连接线（51）和两根第二连接线（54）构成，所述第一连接线（51）与磁光杠杆板（50）竖向中轴线同轴，一端连接磁光杠杆板（50），一端与壳腔顶部连接；两根第二连接线（54）分别设于第一连接线（51）的左右两侧，一端与磁光杠杆板（50）连接，另一端连接在第一连接线（51）上，且两根第二连接线（54）以第一连接线（51）为中心线镜像对称，构成等腰三角形结构。

6.根据权利要求5所述的一种三色光差杠杆微电流测量装置，其特征在于：所述板轴线采用玻璃纤维丝制成。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种三色光差杠杆微电流测量装置，其特征在于：所述光路调节设备包括设置在外壳体（1）上的测量接线端子（11），所述测量接线端子（11）设有贯穿外壳体壳壁的无感金属棒体，电感线圈（3）通过线圈支架（7）立面安装在壳腔内，线圈端子引线与所述无感金属棒体伸入壳腔内的一端连接，所述无感金属棒体位于外壳体（1）外侧的一端配有端子螺母（10），用于固定外部测量引线的线夹或线鼻。