CN111257614A - 磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置，属于超导应用技术领域。本发明的技术方案要点为：磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置，测量原理为：通电超导线外放置在r处的磁针受力F∝磁感应强度B∝载流电流I，通过可观测量小磁针受的力来计算超导线中的输运电流I；整个装置是探头部件固定在自制的支架上，探头部件由磁针、压敏传感器、积分运算放大电路模块和数字显示等构成。采用磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置解决了在线测量超导线中大输运电流的问题。

Description

磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置

技术领域

本发明属于超导应用技术领域，具体涉及一种磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置。

背景技术

电力是当下社会生产、生活的重要生产资料，是保证社会正常运行的基本能源。电力系统经过低压输电到高压输电，直流输电到交流输电等若干技术变革，发展为现代的多机、大容量、交直流输电相结合的复杂系统。但是，随着电力系统的扩大，在若干方面正面临着难以克服的困难，如高压、长距离输电，使系统出现难以克服的稳定性问题；大城市，电能消费密度不断增长，送电通道越来越紧张，如果继续使用常规技术己难以解决未来大城市高密度大容量送电问题；目前的输电导体绝大多数使用的是具有电阻的铜和铝及其合金，输电线路损耗较大。要解决上述困难，急需在电力系统中进行重大的技术革新，零电阻的超导线有望解决这些问题等。

然而超导线中输运电流一般很大，霍尔传感器的半导体饱和失效；超导的一个基本特性是零电阻，直流超导时电流的热效应趋近零；也没有电磁能量的交换不发生电磁辐射——电磁能量是静态的，这些都为测量带来了麻烦。目前测量直流大电流主要有以下几种方法：分流器原理、磁调制原理、核磁共振原理、磁光效应原理、霍尔效应原理、罗柯夫斯基线圈原理、直流比较仪原理等，这些方法是对常规导导线的测量，都不能直接应用于超导线的在线测量。尽管目前有一些能够测量超导线的设备和方法如：tapestar、改进的磁光法、霍尔探头法和交流法等，这些只限于在没有工程输电载流的情况下的检测，最为认可的四引线法也不能检测负载工作的超导体中的电流。

可是超导电力装置的性能检测技术与增强超导电力技术的可靠性密切相关。为使超导电力装置进入电力系统，必须研究其检测方法、检测标准等关键技术，以实现对研制开发的超导电力装置进行全面而科学的性能检测，保证运行的超导电力装置具有良好的技术和可靠的运行性能。目前，已有部分国外大公司注意到超导电力装置实验检测的重要性，如日立、东芝、昭和电缆，美国超导公司、GE 公司等，已开始建设相关的实验基地。由于超导电力装置具有超导体的基本电磁特性，即在临界电流、临界磁场与临界温度范围内的零电阻特性，因此，超导电力装置的试验、检测内容及方法与常规电力装置相比有其特殊性。

如上所述，目前对超导线中输运直流电流进行测量还没有有效的手段。制备工程上测量超导线中输运电流装置是一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决对工程应用的超导线中输运电流进行测量的问题，本发明提供了一种磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置，其测量原理在于：

根据毕奥-萨伐尔定律电流元对磁极作用力的规律，电流元在空间产生的磁场为：

任意载流电流I的导线在线外距离为r的点 P 处的磁感强度为：

由近通电超导线外放置在r处的磁针受力与磁感应强度B的关系，

式中M为磁针所受力矩，V为磁针体积

取长直载流导线对磁极的横向力作用力，如此通电超导线外放置在r处的磁针受力F∝磁感应强度B∝载流电流I，如此通过可观测量小磁针受的力来计算超导线中的输运电流I。

整个装置是探头部件固定在自制的支架上，探头部件由磁针、压敏传感器、积分运算放大电路模块和数字显示等构成，使用时把设备卡在超导输运线上进行测量读数。

进一步优选，所述探头磁针选用N50钕铁硼，条形尺寸16mm×5mm×3mm，纵向充磁，中心开孔；

进一步优选，所述压敏传感器汉姆型号HM30；

进一步优选，所述压敏传感器与磁针无压接触。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：采用磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置解决了在线测量超导线中大输运电流的问题；与常用测直流电的霍尔传感器相比本方法受测量环境温度影响较小，不会出现大电流（超导线理论输运电流MA量级）下霍尔传感器的半导体饱和失效；本设备不仅可以测量超导线中大输运电流，还可以测普通导线大直流电流。

附图说明

图1是本发明实施例设备测量原理示意图；

图2是本发明实施例装备图(左)示意图、(右)装配体图。图中1) 超导线，2) 支架的三抓， 3)支架的竖杆和底座，4) 探头的磁针，5)信号处理和结果数显；

图3是本发明实施例测量电流与实际电流对比表。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图1所示本发明设备测量原理在通电导线外放置磁针，由于电线中电流在外形成磁场，磁针发生转动，直到磁针与导线垂直停止。磁针受力大小除了自身磁强度外，还和通电导线中电流I大小，以及磁针与通电导线间的距离有关。当磁针确定，放在超导线外距离不变，如图2本发明实施例装备示意图所示，在探头磁铁一定情况下，固定探头的支架三抓卡住通电超导线，即使通电超导线粗细有些变化，但总能保持超导线中心线距离探头保持不变，这样探头磁铁受到的力只与超导线中电流强度相关。探头磁铁受到的力通过探头上的压敏传感器，两个压敏传感器平行放置在磁铁一边（为减少磁场对压敏传感器的影响，压敏传感器置于底座上，通过测量磁针轴扭力矩），如此不管磁铁正时针还是逆时针转动都能抵住压敏传感器压头，压敏传感器受力输出的电信号，通过积分运算放大电路模块，由数字显示装置输出结果。

图3是本发明设备在一般直流导线和电解铝线路实验测量电流与实际电流对比表，由表中数据对比分析可知，在低电流下本设备测量结果和实际值相差较远，而在电流100A以上，特别是高直流电流区域，测量值和实际电流十分接近，也说明本设备准确测量量程范围值在大于100A及以上。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，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，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (1)

1.磁针压敏元件法测量超导线中输运电流装置，其特征在于：

（1）测量原理为：通电超导线外放置在r处的磁针受力F∝磁感应强度B∝载流电流I，通过可观测量小磁针受的力来计算超导线中的输运电流I；

（2）探头磁铁受到的力通过探头上的压敏传感器，两个压敏传感器平行放置在磁铁一边，如此不管磁铁正时针还是逆时针转动都能抵住压敏传感器压头（为减少磁场对压敏传感器的影响，压敏传感器置于底座上，通过测量磁针轴扭力矩），压敏传感器受力输出的电信号，通过积分运算放大电路模块，由数字显示装置输出结果。

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