CN106526272B - 一种精密分流器 - Google Patents

Abstract

一种新型精密分流器，其特征在于：所述分流器为双层笼状结构，包括一外侧笼栏和与之同轴布置的内侧笼栏。采用这种结构寄生电容小，量程大，且参数可设计调整。

Description

一种精密分流器

技术领域

本发明涉及一种电流测量器件，具体而言涉及一种精密的电流测量用分流器。

背景技术

电流测量技术是一项基础科学技术，广泛应用于国民生产的各个领域。电流测量的主要方法有：分流器、电流互感器、Rogowski线圈、霍尔电流传感器、光电传感器等方法。其中分流器利用欧姆定律，将宽频大电流转化为容易精确测量的小电压，测量分流器上的电压和分流器阻值计算得到电流值，原理直观，准确度高，响应速度快，是最简单直接的方法，在电流测量领域应用较为广泛。

现有技术中常见的分流器结构有同轴圆筒型分流器和PCB板结构笼型分流器，但是同轴圆筒形分流器由于受到结构形状和加工工艺的限制，其阻值很难和预先设定好的阻值一样；而PCB板结构笼型分流器，由于布铜厚度的原因，其电阻较大，使得使用中温升大，其量程很难突破100A。

尤其是使用分流器测量宽频(或脉冲)电流时，分流器的结构设计对分流器性能影响很大，因此，需要提供一种优良的结构设计，实现宽频(或脉冲)电流的精密测量。

发明内容

本发明针对脉冲大电流进行精密测量需求，发明了一种双层笼状结构的分流器，具备较宽的频带和较高的精度。

具体而言，本发明提供一种分流器，其特征在于：所述分流器为双层笼状结构，包括一外侧笼栏和与之同轴布置的内侧笼栏。

本发明还提供一种分流器，其特征在于：所述分流器为双层笼状结构，包括一外侧笼栏和与之同轴布置的内侧笼栏，内侧笼栏和外侧笼栏上均具有笼柱构成笼柱对，外侧笼栏两端连接第一导电盘和第二导电盘，内侧笼栏两端分别连接第二导电盘和第三导电盘，且第三导电盘上有通孔供外侧笼栏的笼柱不导电穿过，其中，内侧笼栏中心存在一中心导线，其一端连接第二导电盘，另一端不导电穿过第三导电盘。

进一步地，其特征在于：所述不导电穿过的方式为存在间隙或存在绝缘部件。

进一步地，其特征在于：第一导电盘的远离第二导电盘的一侧的中心位置设置有一凸起电极。

进一步地，其特征在于：电流在分流器的流通路径为，凸起电极、第一导电盘、外侧笼柱、第二导电盘、内侧笼柱、第三导电盘。

进一步地，其特征在于：所述笼柱对的数量为两对或两对以上。

进一步地，其特征在于：笼栏由电阻率适宜、温度特性好的适合做电阻标准器的合金构成，优选为康铜。

进一步地，其特征在于：其特征在于：所述笼柱为层状结构，包括，里层和包覆里层外侧的表层，其中，表层材料的电导率小于里层材料的电导率。

进一步地，其特征在于：所述里层材料的半径小于该材料趋肤深度。

进一步地，其特征在于：其特征在于：所述笼柱包括棒状芯材和通过溅射形成在芯材外面导电层，所述导电层从内到外，导电率逐渐减小。

本发明中的分流器可用于高频交流电流测量，也可用于脉冲电流测量。同轴式的主体结构保证了分流器良好的高频特性。双层笼状结构中内外两层流过的电流大小相等、方向相反，工作时产生的磁场能够相互抵消，提高了分流器的性能。对于宽频带电流的测量，本分流器电流路径呈细圆柱状，寄生电感较小，有利于提高测量精度。本分流器采用开放式结构，能够较好的进行散热。由于不使用精密电阻，本分流器的造价相对低廉，且具备更宽的测量范围。

该分流器具有较高的测量频带。由于分流器采用轴对称结构，工作时产生的磁场可相互抵消，总体上电感较小，根据分流器可以到达很小的时间常数，分流器的频带与上升时间有的关系，由此可知分流器具有较高的频带。

附图说明

图1是本发明分流器外观图。

图2是本发明分流器顶视图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施方法对本发明作进一步的详细描述。

本发明的分流器主体为同轴双层结构，参见图1，本发明中以2栏为例进行说明，其包括一外侧笼栏1和内侧笼栏2，两个笼栏为同轴布置。外侧笼栏包括多根笼柱3 和连接笼柱3两端的第一导电盘4和第二导电盘5。内侧笼栏包括与内侧笼栏笼柱相对应的多根笼柱6，其一端连接第二导电盘5，另一端连接第三导电盘7，所述第三导电盘7上有通孔供笼柱3穿过，笼柱3与第三导电盘7存在间隙或者存在绝缘部件，使得两者不导电连接。外侧笼栏1和内侧笼栏2的对应笼柱构成笼柱对，其中所述笼柱对的数量为两个以上的任意整数，例如2、3、4、5、6、7、8……等

内侧笼栏中心存在一中心导线8，其一端连接第二导电盘5，另一端穿过第三导电盘7，且与第三导电盘7的通孔之间存在缝隙或绝缘件。第一导电盘4的远离第二导电盘5的一侧的中心位置设置有一凸起电极9，作为电流输入端，第三导电盘7为电流输出端。

电流在分流器的流通路径为：凸起电极9、第一导电盘4、笼柱3、第二导电盘5、笼柱4、第三导电盘7。分流器采用这种两层笼柱的设计，笼柱的电感相互抵消，寄生电感较小。这样，在内侧笼栏2的两端的第二导电盘5和第三导电盘7分别作为电压高端和电压低端。两电位端之间内侧笼栏的电阻阻值即为该分流器的标称阻值。中心导线8与第二导电盘7连接，其处于同一电位。

使用中，通过检测中心导线8与第三导电盘7的电势差，即可得知内侧笼栏两端的电压，再根据内侧笼栏的阻值，可以得到被测电流的大小。

笼栏由电阻率适宜、温度特性好的适合做电阻标准器的合金构成，呈带状，其分布关于中心轴对称。优选地，笼栏材料选择康铜等电阻率适宜、温度特性好的适合做电阻标准器的合金材料，此外，可通过改变笼栏的材料、宽度、长度、厚度，可以改变该分流器的额定参数。

优选的方案中，单根笼柱为柱状，采用低温度系数的金属材料。更优选的，所述笼柱为层状结构，包括，里层和包覆在里层外侧的表层，表层材料的电导率小于里层材料的电导率，相应地，电阻率大于里层材料的电阻率。表层材料其趋肤深度较大，电流在表层材料均匀分布；里层材料半径小于该材料趋肤深度，电流在里层材料上也均匀分布，由于Q＝I²Rt可减小大电流在材料上的发热。采用该种笼栏的优点是既保证了温升在可接受的范围内又保证了电流在单根笼栏上均匀分布，这种结构减小了分流器电阻的变化。当然，也可以采用多层结构。

另一优选方案中，笼柱材料的电导率从内到外逐渐变小，例如采用不同导电率的铜材料或者铜、镍、银材料等，采用溅射的方法，在一棒状芯材上沉积形成，通过控制不同金属材料的在芯材上的沉积比率，实现材料导电率在截面不同位置的导电率不同相应地电阻率呈相反变化。这样可保证笼柱内电流比均一材料内的电流分布更加均匀。

内外笼柱在满足加工需要的情况下应选择尽可能小的间距以减少寄生电感。这样对于不同检测电流选择设计不同的阻值，可确保采样电压处于100mV～1V，提高了分流器电压测量精度。

由于本发明的分流器内外笼栏均为采用轴对称结构，且为同心布置，工作时产生的磁场可相互抵消，总体上电感较小，根据

其中L为分流器电感，R为分流器电阻，τ为时间常数。则可知，分流器可以到达很小的时间常数，分流器的频带与上升时间有

的关系，由此可知分流器具有较高的频带。

下面结合图2，说明本发明分流器的具体实施方式：

以测量1kA的脉冲电流源标准为例，可采用的分流器结构参数为：内外侧8对笼柱，笼柱半径1mm，外笼柱长度105mm，内笼柱长度80mm，选用导体材料为康铜，其标称电阻约为1.5mΩ。

在使用中，电流输入和输出可通过射频级同轴连接器与分流器的第一导电盘4和第二导电盘5相连接，电压测量可通过测量中心导线8与第三导电盘7的电势差得到，电压大小约为1.5V。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (3)

1.一种精密分流器，其特征在于：所述分流器为双层笼状结构，包括一外侧笼栏和与之同轴布置的内侧笼栏，内侧笼栏和外侧笼栏上均具有笼柱构成笼柱对，外侧笼栏两端连接第一导电盘和第二导电盘，内侧笼栏两端分别连接第二导电盘和第三导电盘，且第三导电盘上有通孔供外侧笼栏的笼柱非导电穿过，其中，内侧笼栏中心存在一中心导线，其一端连接第二导电盘，另一端非导电方式穿过第三导电盘，所述第三导电盘与所述外侧笼栏的笼柱的非导电穿过的方式为存在间隙或存在绝缘部件；所述第三导电盘与及所述中心导线之间的非导电穿过的方式为存在间隙或存在绝缘部件；第一导电盘的远离第二导电盘的一侧的中心位置设置有一凸起电极；电流在分流器的流通路径为，凸起电极、第一导电盘、外侧笼柱、第二导电盘、内侧笼柱、第三导电盘；通过检测中心导线与第三导电盘的电势差，即可得知内侧笼栏两端的电压，再根据内侧笼栏的阻值，可以得到被测电流的大小；通过改变笼栏的材料、宽度、长度、厚度，可改变该分流器的额定参数；所述笼柱为层状结构，包括，里层和包覆里层外侧的表层，表层材料的电导率小于里层材料的电导率；所述里层材料的半径小于该材料趋肤深度。

2.根据权利要求1所述的分流器，其特征在于：所述笼柱对的数量为两对或两对以上。

3.根据权利要求1所述的分流器，其特征在于：笼栏由电阻率适宜、温度特性好的适合做电阻标准器的合金构成。

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