CN109596512A - 一种物体内部直流微小电流的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种物体内部直流微小电流的测量方法，包括以下步骤：将开合式直流电流传感器打开套在被测物体的外围，闭合后上电，记录传感器输出的电压，然后断电，传感器首次安装方向为正方向；将传感器打开套在被测物体的外围，闭合后使传感器上电，记录传感器输出的电压，然后断电，第二次测量时传感器的安装方向与首次测量时的安装方向相反；根据公式计算被测物体内微小电流的大小：m'＝(|a|+|b|+Δx)/2k。本发明方法采用开合式直流电流传感器测量被测物体内的微小电流，利用和差公式将传感器输出端叠加的相同矢量信号进行分离，有效提高了测量结果的准确性，从而可以对舰船的管道、设备的腐蚀情况进行准确判断。

Description

一种物体内部直流微小电流的测量方法

技术领域

本发明属于电子电力设备监控技术领域，尤其涉及一种采用电流传感器测量管道或设备的直流电信号的方法。

背景技术

我国幅员辽阔，大陆海岸线长达1.8万多公里，近海域面积472多万平方公里，海域内的舰艇、船舶、港口设施、海洋平台等高达数十万艘。由于海水盐度高，含有大量的氯离子，因此舰船的排水管道容易受到海水的缓慢腐蚀而产生微小电流。为了预防舰船因管道腐蚀而造成事故，需要对舰船的排水管道腐蚀情况进行监测，并及时反馈。而舰船组装完成后，排水管道等设备一般无法拆卸，如何能方便准确地实现对管道腐蚀情况的监控是业内亟待解决的问题之一。

近年来，通过对舰船航海时排水管道腐蚀情况的监测，发现随着排水管道腐蚀情况的不同，会使管道内产生不同大小的直流微小电流(漏电流)，可通过电流传感器检测管道内微小电流的大小，从而对管道的腐蚀情况进行判断。开口式直流电流传感器由于采用开合结构，可以方便地套在管道等设备上，对管道内的微小电流进行测量。但是开口式的电流传感器传感器由于安装时需要开合，每次开合后传感器的零点都会产生非常大且未知的变化量，零点和管道内的微小电流在传感器的输出端均表现为直流电压信号，因此在对管道内微小电流测量时，传感器输出的结果实际为两者的叠加，不能反映出微小电流的实际大小，根据这样的测量结果可能无法准确判断管道的腐蚀情况，从而可能会发生管道提前腐蚀的情况。因此必须将开口式直流电流传感器的零点和管道内产生的微小电流进行同时测量并分离，提高测量结果的准确性，以实现对管道腐蚀情况的准确判断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以将传感器输出端叠加的矢量信号分离的物体内部直流微小电流的测量方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种物体内部直流微小电流的测量方法，包括以下步骤：

首次测量，将开合式直流电流传感器打开套在被测物体的外围，闭合后使传感器上电，记录传感器输出的电压，然后断电，传感器首次安装方向为正方向；

第二次测量，将开合式直流电流传感器打开套在被测物体的外围，闭合后使传感器上电，记录传感器输出的电压，然后断电，第二次测量时传感器的安装方向与首次测量时的安装方向相反；

建立计算公式，根据公式计算被测物体内微小电流的大小：m'＝(|a|+|b|+Δx)/2k，式中的m'为微小电流，a为传感器首次测量时输出的电压，b为传感器第二次测量时输出的电压，Δx为传感器开合后的零点变化量，k为传感器的输出电压随电流变化的斜率。

进一步的，根据下式计算传感器的零点：x'＝(|a|-|b|+Δx)/2。

进一步的，传感器开合后的零点变化量Δx采用试验的方法确定，将传感器打开闭合数次，记录传感器每次开合后输出的零点电压，然后根据测量数据计算标准差，即为传感器开合后的零点变化量Δx。

由以上技术方案可知，本发明方法采用开合式直流电流传感器测量被测物体的微小电流，测量时将传感器以相反的方向安装，分别测量两种不同方向传感器的输出，然后采用和差公式并结合传感器开合的零点变化量计算实际的微小电流的大小，由于本发明方法将传感器输出端叠加的相同矢量信号进行了分离，有效提高了测量结果的准确性；而且开合式的传感器方便安装，操作简单，也提高了对舰船的管道、设备进行腐蚀情况监控的便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为首次测量传感器打开时的示意图；

图2为首次测量传感器闭合时的示意图；

图3为第二次测量传感器打开时的示意图；

图4为第二次测量传感器闭合式的示意图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

本发明方法采用磁调制开合式直流电流传感器对管道等被测物体内部的直流微小电流进行测量，步骤具体如下：

首次测量；如图1所示，将传感器1打开套在被测物体2外，如套在管道的外围，然后闭合传感器(图2)，以传感器的首次安装方向为正方向，上电使传感器工作，记录传感器首次测量输出的电压数据a，记录完毕后断电，此时传感器输出的电压为被测量(微小电流)和传感器零点输出的叠加，即|km|+|x|＝|a|，式中的k为传感器的输出电压随电流变化的斜率，x为传感器的零点，m表示被测量；

第二次测量；将传感器打开，反向套在被测物体外围，如图3所示，然后闭合传感器(图4)，上电使传感器工作，记录传感器第二次测量输出的电压数据b，记录完毕后断电，此时传感器输出的电压为被测量和传感器零点输出的差值，即|-km|+|x|＝|b|；前后两次测量时传感器的朝向没有特定要求，只要前后两次测量时传感器的安装方向相反即可；

建立计算公式；根据和差问题公式可知，理论上被测量m和传感器的零点x分别为：m＝(|a|+|b|)/2k，x＝(|a|-|b|)/2；但在实际测量过程中，传感器开合后，传感器的零点会发生变化，由此会带来误差，因此，实际上首次测量时传感器输出的电压为：|a|＝|km|+|x|，第二次测量时传感器输出的电压为：|b|＝|-km|+|x|+Δx，则被测量和传感器的零点的计算公式应为：m'＝(|a|+|b|+Δx)/2k，x'＝(|a|-|b|+Δx)/2，式中的Δx为传感器开合后的零点变化量；将两次测量时传感器输出的电压数据a、b代入以上公式中即可计算出微小电流的大小，从而可以根据电流值对被测物体的腐蚀情况进行评估。公式中的传感器的输出电压随电流变化的斜率k和传感器开合后的零点变化量Δx均为已知参数，传感器的输出电压随电流变化的斜率k根据传感器的测量需求进行设定，传感器开合后的零点变化量Δx可采用试验的方式获得，如在测量之前，在固定电压下给传感器上电，将传感器打开和闭合，记录每次开合时的零点输出，测试开合后传感器输出端的变化，然后根据多次测试记录的数据计算标准差，得到的结果(标准差)即为传感器开合后的零点变化量Δx。

下面以一具体例子对本发明的测量方法进行验证，首先确定传感器开合后的零点变化量Δx，本次验证过程采用的开口式直流电流传感器的k值为50mA/mV。用±12V电源为传感器供电，做开合试验，将传感器打开、闭合，记录传感器每次开合后输出的零点电压，共测量11次，然后根据记录的测量数据计算标准差，得到的标准差即为传感器开合后的零点变化量Δx。测量数据如表1所示。

表1

表中的U为传感器输出的零点电压，A为11次开合测试记录的零点电压的平均值，B为每次测量值的残差(残差＝|传感器输出的零点电压-零点电压的平均值|)，C为测量值残差的平均值，D为开合试验测量数据的标准差，本次试验的标准差为69.17，因此可将传感器开合后的零点变化量Δx定为70mV。

下面模拟被测电流和传感器零点未知的情况，对被测电流进行测量，并采用以下公式计算传感器的误差：

相对误差ε_相＝|(m’-m)/m|×100％；

引用误差ε_相＝|(m’-m)/Y_FS|×100％；

式中的m为被测量的理论计算值，m＝(|a|+|b|)/2k，m’为实际计算值，m'＝(|a|+|b|+Δx)/2k，Y_FS为传感器满度电压，如果每次开合零点越小则相对误差和引用误差越小。

模拟时，向管道内输入已知大小的电流，模拟管道内产生微小电流(漏电流)的情况，然后通过传感器以不同的安装方向先后进行两次测量，测试数据如表2所示。

表2

根据表2可以看出，采用本发明方法得到的电流的计算值(被测量)的相对误差基本在5％以内，引用误差基本在1％以内，采用该方法将被测量与传感器的零点进行分离后，测量结果的准确度高，有助于准确判断管道的腐蚀情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种物体内部直流微小电流的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

首次测量，将开合式直流电流传感器打开套在被测物体的外围，闭合后使传感器上电，记录传感器输出的电压，然后断电，传感器首次安装方向为正方向；

第二次测量，将开合式直流电流传感器打开套在被测物体的外围，闭合后使传感器上电，记录传感器输出的电压，然后断电，第二次测量时传感器的安装方向与首次测量时的安装方向相反；

建立计算公式，根据公式计算被测物体内微小电流的大小：m'＝(|a|+|b|+Δx)/2k，式中的m'为微小电流，a为传感器首次测量时输出的电压，b为传感器第二次测量时输出的电压，Δx为传感器开合后的零点变化量，k为传感器的输出电压随电流变化的斜率。

2.如权利要求1所述的物体内部直流微小电流的测量方法，其特征在于：根据下式计算传感器的零点：x'＝(|a|-|b|+Δx)/2。

3.如权利要求1或2所述的物体内部直流微小电流的测量方法，其特征在于：传感器开合后的零点变化量Δx采用试验的方法确定，将传感器打开闭合数次，记录传感器每次开合后输出的零点电压，然后根据测量数据计算标准差，即为传感器开合后的零点变化量Δx。