CN111812374B - 分压传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种分压传感器，包括：金属感应件、金属壳体、第一屏蔽电极、第二屏蔽电极、电容组件和连接线。所述第一屏蔽电极与所述第二屏蔽电极相对设置，所述电容组件设置于所述金属壳体内，所述电容组件分别与所述金属感应件和所述电容组件电连接。在使用时，只需要将所述金属感应件靠近所述待测导体即可，整个过程中无需将所述分压传感器与所述待测导体直接接触或者通过导线等其他电子器件等连接，对使用条件和使用环境无特殊要求，可应用于开放环境中对电压进行检测。本申请所述分压传感器解决了目前分压传感器无法在开放环境中使用的技术问题，达到了提高所述分压传感器工作性能的技术效果。

Description

分压传感器

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种分压传感器。

背景技术

电压传感器是指可以将被测电量参数转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。电压传感器用于测量电网中波形畸变较严重的电压或电流信号，也可以测量方波，三角波等非正弦波形等。例如目前最常用的电压传感器为霍尔电压传感器，霍尔传感器是一种利用霍尔效应制成的电压传感器。霍尔电压传感器通过外置或内置电阻将原边电压形成的电流限制在10mA内以形成原边电流，原边电流经过多匝绕组产生电磁场，电磁场被气隙中的霍尔元件检测到，并感应出相应电动势。该电动势经过电路等调整处理后产生与原边电流产生的磁通大小相等，方向相反的电磁场，从而在磁芯中保持磁通为零。目前大多数电压传感器包括分压传感器和电磁振荡电路，所述分压传感器在使用过程中对于应用环境中电场的要求很高，一般使用在封闭电器或者电气环境中，无法在开放环境中使用。

发明内容

基于此，有必要针对现有分压传感器无法在开放环境中使用的问题，提供一种分压传感器。

一种分压传感器，包括：

金属壳体，内部具有一容纳空腔，所述金属壳体接地；

金属感应件，设置于所述金属壳体的外部；

第一屏蔽电极，设置于所述金属壳体的表面；

第二屏蔽电极，设置于所述金属壳体的表面，且与所述第一屏蔽电极相对设置；

电容组件，设置于所述第一屏蔽电极与所述第二屏蔽电极之间，且位于所述容纳空腔内，与所述金属感应件电连接；

连接线，所述连接线的一端与所述电容组件电连接，另一端穿设所述金属壳体位于所述金属壳体外部。

在其中一个实施例中，还包括：

整流器，设置于所述金属壳体的外表面。

在其中一个实施例中，还包括：

电压跟随器，设置于所述金属壳体的外表面，所述电压跟随器的输入端与所述整流器电连接，所述电压跟随器的输出端分别与所述第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极电连接。

在其中一个实施例中，还包括：

信号放大器，设置于所述金属壳体的外表面，所述信号放大器的输入端与所述电容组件电连接，所述信号放大器的输出端与所述连接线电连接。

在其中一个实施例中，还包括：

逆变器，设置于所述金属壳体的外表面，所述逆变器的输入端与所述信号放大器的输出端电连接，所述逆变器的输出端与所述连接线电连接。

在其中一个实施例中，还包括：

置物腔，设置于所述金属壳体外表面，所述整流器、所述电压跟随器、所述信号放大器和所述逆变器均设置于所述置物腔内。

在其中一个实施例中，所述电容组件包括多个电容器，所述多个电容器并联连接。

在其中一个实施例中，所述金属壳体为圆柱状结构；所述第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极分别设置于所述金属壳体的上底面和下底面。

在其中一个实施例中，所述多个电容器等间距环设于所述容纳空腔；所述第一屏蔽电极的中心点、所述第二屏蔽电极的中心点、所述金属壳体的中轴线和所述多个电容器的排列中轴线均位于同一直线上。

在其中一个实施例中，所述金属感应件为感应金属板。

本申请实施例提供了一种分压传感器，包括：金属感应件、金属壳体、第一屏蔽电极、第二屏蔽电极、电容组件和连接线。所述第一屏蔽电极与所述第二屏蔽电极相对设置，所述电容组件设置于所述金属壳体内，所述电容组件分别与所述金属感应件和所述电容组件电连接。在使用时，只需要将所述金属感应件靠近所述待测导体即可，整个过程中无需将所述分压传感器与所述待测导体直接接触或者通过导线等其他电子器件等连接，对使用条件和使用环境无特殊要求，可应用于开放环境中对电压进行检测。本申请实施例所述分压传感器解决了目前分压传感器无法在开放环境中使用的技术问题，达到了提高所述分压传感器工作性能的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请一个实施例提供的分压传感器结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的分压传感器原理示意图；

图3为本申请一个实施例提供的分压传感器结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的分压传感器结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的分压传感器结构示意图。

附图标记说明：

10、分压传感器；

100、金属壳体；

110、容纳空腔；

200、金属感应件；

310、第一屏蔽电极；

320、第二屏蔽电极；

400、电容组件；

500、连接线；

610、整流器；

620、电压跟随器；

630、信号放大器；

640、逆变器；

650、置物腔；

20、待测导体；

21、拟合电容。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的一种分压传感器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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供了一种分压传感器10，可以应用于任何需要检测电压的环境中，可以应用于封闭环境中，也可以应用于开放环境中。

请参见图1，本申请一个实施例提供的一种分压传感器10包括：金属壳体100、金属感应件200、第一屏蔽电极310、第二屏蔽电极320、电容组件400和连接线500。

所述金属壳体100内部具有一容纳空腔110，所述金属壳体100接地。所述金属壳体100可以为任意形状，例如圆柱状、球状、方形等均可。所述金属壳体100可以为全封闭结构，也可以为半封闭结构。所述金属壳体100可以由任意金属材料制成，也可以由任何高硬度的合金材料制成，例如不锈钢材料等。

所述金属感应件200设置于所述金属壳体100的外部，所述金属感应件200用于对待测导体20进行电场感应，以产生与所述待测导体20大小相等，正负相反的电荷。当所述金属感应件200靠近所述待测导体20时，所述金属感应件200与所述待测导体20之间形成一拟合电容21。所述金属感应件200与所述待测导体20分别为所述拟合电容21的两个极板，中间的空气层为介质层，所述介质层的介电系数在不同的环境中具有不同数值，本实施例中可根据不同环境具体测试或者计算确定。所述拟合电容21将所述待测导体20上的电压转化为所述拟合电容21上两个极板的电压，实现从所述待测导体20到所述金属感应件200上电压的传导。所述金属感应件200可以为板状、球状或者任何不规则形状等均可，本实施例对于所述金属感应件200不作任何限定，只需要满足可以实现对于所述待测导体20上电压感应的功能即可。

所述第一屏蔽电极310设置于所述金属壳体100的表面，所述第二屏蔽电极320设置于所述金属壳体100的表面，且与所述第一屏蔽电极310相对设置。所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320可以设置于所述金属壳体的外表面、内表面或者嵌于所述金属壳体100的表面均可，所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320相对设置，用于为所述电容组件400提供屏蔽电场。所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320可以相同，也可以不同，所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320可以为方形、圆柱形中的一种或者多种组合。本实施例对于所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320不作任何限定，只需要满足可以实现为所述电容组件400提供屏蔽电场的功能即可。

所述电容组件400设置于所述第一屏蔽电极310与所述第二屏蔽电极320之间，且位于所述容纳空腔110内。所述电容组件400可以由一个或多个电容器构成，当所述电容器为多个时，所述电容器之间可以并联连接。

所述连接线500的一端与所述电容组件400电连接，另一端穿过所述金属壳体100表面位于所述金属壳体100外部。所述连接线500的一端分别与所述电容组件400的正极板和负极板电连接，所述连接线500的另一端用于连接电压采集设备，例如数据采集器、处理器、控制器等。本实施例对于所述连接线500不作任何限定，只需要满足可以实现连接所述电容组件400和所述电压采集设备的功能即可。

请一并请参见图2，本实施例所述分压传感器10的工作原理如下：

将所述金属感应件200靠近待测导体20附近，所述金属感应件200与所述待测导体20形成一拟合电容21，所述金属感应件200与所述待测导体20作为所述拟合电容21的两个极板。所述金属感应件200上产生与所述待测导体20大小相等，电荷相反的电荷，此时，所述拟合电容21作为所述分压传感器10的高压臂。所述电容组件400与所述金属感应件200电连接，通过所述金属感应件200,所述电容组件400上产生分压，此时，所述电容组件400作为所述分压传感器10的低压臂。所述电容组件400连接有所述连接线500，最后，所述连接线500将所述电容组件400上的分压输送至采集设备，从而将所述高压臂的电压转化至所述低压臂的分压，实现了所述分压传感器10分压传感的目的。

本实施例提供了一种分压传感器10包括：金属感应件200、金属壳体100、第一屏蔽电极310、第二屏蔽电极320、电容组件400和连接线500。所述第一屏蔽电极310与所述第二屏蔽电极320相对设置，所述电容组件400设置于所述金属壳体100内，所述电容组件400分别与所述金属感应件200和所述电容组件400电连接。在使用时，只需要将所述金属感应件200靠近所述待测导体20即可，整个过程中无需将所述分压传感器10与所述待测导体20直接接触或者通过导线等其他电子器件等连接，对使用条件和使用环境无特殊要求，可应用于开放环境中对电压进行检测。本实施例所述分压传感器10解决了目前分压传感器10无法在开放环境中使用的技术问题，达到了提高所述分压传感器10工作性能的技术效果。

请一并参见图3-图5，在一个实施例中，所述的分压传感器10还包括：整流器610、电压跟随器620、信号放大器630、逆变器640和置物腔650。

所述整流器610设置于所述金属壳体100的外表面。所述整流器610的输入端用于连接外电源，所述整流器610的输出端与所述电压跟随器620电连接。所述整流器610用于将外电源的交流电转化为可以供所述电容组件400储存的直流电。所述整流器610可以为机械式整流器、电子管式整流器，也可以为半导体式整流器，本实施例对于所述整流器610不作任何限定，只需要满足可以实现将外电源的交流电转化为直流电的功能即可。

所述电压跟随器620设置于所述金属壳体100的外表面，所述电压跟随器620的输入端与所述整流器610电连接，所述电压跟随器620的输出端分别与所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320电连接。所述电压跟随器620为半导体器件，用于稳定电压，以使所述第一屏蔽电极310与所述第二屏蔽电极320上的电压稳定，不随负载大小的变化而变化，从而增强本实施例所述分压传感器10的负载能力。本实施例对于所述电压跟随器620不作任何限定，只需要满足可以实现稳定所述分压传感器10回路电压的功能即可。

所述信号放大器630设置于所述金属壳体100的外表面，所述信号放大器630的输入端与所述电容组件400电连接，所述信号放大器630的输出端与所述连接线500电连接。所述信号放大器630用于放大所述电容组件400上的电压信号，通过分压转化，将所述低压臂，也就是将所述电容组件400上极其微弱的电压信号放大，方便后续的信号采集设备等采集。本实施例对于所述信号放大器630不作任何限定，只需要满足可以实现将所述电容组件400上的电压信号放大的功能即可。

所述逆变器640设置于所述金属壳体100的外表面，所述逆变器640的输入端与所述信号放大器630的输出端电连接，所述逆变器640的输出端与所述连接线500电连接。所述逆变器640用于将所述电容组件400上的直流电转化为交流电，所述交流电方便后续信号采集设备采集和处理。本实施例对于所述逆变器640类型或型号不作任何限定，只需要满足可以实现将所述电容组件400上的直流电转换为交流电的功能即可。

所述置物腔650设置于所述金属壳体100外表面，所述整流器610、所述电压跟随器620、所述信号放大器630和所述逆变器640均设置于所述置物腔650内。所述置物腔650可以为方形、矩形、圆形等任意形状，所述置物腔650可以由绝缘材料制成，本实施例对于所述置物腔650不作任何限定，只需要满足可以实现容纳所述整流器610、所述电压跟随器620、所述信号放大器630和所述逆变器640的功能即可。

在一个实施例中，所述电容组件400可以包括多个电容器，所述多个电容器之间可以并联连接，所述多个电容器可以等间距环设于所述容纳空腔110内。所述电容器可以为固定电容、可变电容或者微调电容，本实施例对于所述电容器不作任何限定，只需要可以满足储存电荷的功能即可。

在一个实施例中，所述金属壳体100为圆柱状结构，所述第一屏蔽电极310和所述第二屏蔽电极320分别设置于所述金属壳体100的上底面和下底面，所述多个电容器可以沿所述金属壳体100的中轴线等间距或等角度环设于所述金属壳体100的环形侧表面。所述多个电容器也可以通过支架或者连接条等固定于所述金属壳体100的上底面和/或下底面，所述金属壳体100可以为全封闭结构，也可以为半封闭结构或者敞开结构等均可。

在一个具体的实施例中，所述第一屏蔽电极310的中心点、所述第二屏蔽电极320的中心点、所述金属壳体100的中轴线和所述多个电容器的排列中轴线均位于同一直线上。

在一个实施例中，所述金属感应件200可以为感应金属板，从而使得所述金属感应件200与所述待测导体20之间可以具有较大的相互感应面积，进而增强本实施例所述分压传感器的工作性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种分压传感器，其特征在于，包括：

金属壳体（100），为半封闭结构，内部具有一容纳空腔（110），所述金属壳体（100）接地；

金属感应件（200），设置于所述金属壳体（100）的外部，用于与待测导体（20）之间形成一拟合电容（21）；所述拟合电容（21）作为所述分压传感器（10）的高压臂；

第一屏蔽电极（310），设置于所述金属壳体（100）的表面；

第二屏蔽电极（320），设置于所述金属壳体（100）的表面，且与所述第一屏蔽电极（310）相对设置，用于为电容组件（400）提供屏蔽电场；

电容组件（400），设置于所述第一屏蔽电极（310）与所述第二屏蔽电极（320）之间，且位于所述容纳空腔（110）内，与所述金属感应件（200）电连接；所述电容组件（400），作为所述分压传感器（10）的低压臂，并包括多个电容器，所述多个电容器并联连接，并沿所述金属壳体（100）的中轴线等角度环设于所述金属壳体（100）的环形侧表面；

连接线（500），所述连接线（500）的一端与所述电容组件（400）电连接，另一端穿设所述金属壳体（100）位于所述金属壳体（100）外部，所述另一端用于连接电压采集设备；所述连接线（500）用于将所述电容组件（400）上的分压输送至所述采集设备；

整流器（610），设置于所述金属壳体（100）的外表面；

电压跟随器（620），设置于所述金属壳体（100）的外表面，所述电压跟随器（620）的输入端与所述整流器（610）电连接，所述电压跟随器（620）的输出端分别与所述第一屏蔽电极（310）和所述第二屏蔽电极（320）电连接；

信号放大器（630），设置于所述金属壳体（100）的外表面，所述信号放大器（630）的输入端与所述电容组件（400）电连接，所述信号放大器（630）的输出端与所述连接线（500）电连接；

逆变器（640），设置于所述金属壳体（100）的外表面，所述逆变器（640）的输入端与所述信号放大器（630）的输出端电连接，所述逆变器（640）的输出端与所述连接线（500）电连接。

2.根据权利要求1所述的分压传感器，其特征在于，还包括：

置物腔（650），设置于所述金属壳体（100）外表面，所述整流器（610）、所述电压跟随器（620）、所述信号放大器（630）和所述逆变器（640）均设置于所述置物腔（650）内。

3.根据权利要求1所述的分压传感器，其特征在于，所述金属壳体（100）为圆柱状结构；所述第一屏蔽电极（310）和所述第二屏蔽电极（320）分别设置于所述金属壳体（100）的上底面和下底面。

4.根据权利要求3所述的分压传感器，其特征在于，所述多个电容器等间距环设于所述容纳空腔（110）；所述第一屏蔽电极（310）的中心点、所述第二屏蔽电极（320）的中心点、所述金属壳体（100）的中轴线和所述多个电容器的排列中轴线均位于同一直线上。

5.根据权利要求1所述的分压传感器，其特征在于，所述金属感应件（200）为感应金属板。