CN112067875A - 一种高精度钳形电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度钳形电流传感器，包括铁芯盒(1)和电路盒(2)，所述铁芯盒(1)与电路盒(2)之间为电连接，且二者相对分离，所述铁芯盒(1)包括外壳和空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与外壳之间为固定连接，且空心圆柱体的外表面与外壳的内表面之间形成凹槽，所述电流传感器包括铁芯(10)，所述铁芯(10)套设在所述空心圆柱体的外表面上，且位于凹槽内，所述铁芯(10)上缠绕有检零绕组(8)和补偿绕组(9)，所述电路盒(2)内设有检测电路(3)、放大电路(4)与调节电路(5)，本发明的优点在于，采用这种结构，能够精确地测量出电流的大小。

Description

一种高精度钳形电流传感器

【技术领域】

本发明涉及一种高精度钳形电流传感器，属于电流检测设备领域。

【背景技术】

目前，常见的电流传感器为电磁式电流传感器，其利用法拉第电磁感应定律检测电流，通过磁通量变化产生感应电动势，感应电动势在闭合线圈内产生感应电流。

传统的钳形电流传感器包括铁芯，铁芯上缠绕有检测绕组，其中，铁芯为环形，通电导线穿过铁芯，由于电磁感应在检测绕组上产生电流，电流通过电流表测出具体数值，但是，通电导线产生的感应电动势一部分转化为励磁电流，用于磁化铁芯，使得电流传感器所测得的电流数据出现误差，影响电流传感器的准确度。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度钳形电流传感器，使得电流传感器能够测得更加精确的数据。

为解决上述技术问题，本发明高精度钳形电流传感器的优选结构包括铁芯盒和电路盒，所述铁芯盒与电路盒之间为电连接，且二者相对分离，所述铁芯盒包括外壳和空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与外壳之间为固定连接，且空心圆柱体的外表面与外壳的内表面之间形成凹槽，所述电流传感器包括铁芯，所述铁芯套设在所述空心圆柱体的外表面上，且位于凹槽内，所述电路盒内设有检测电路、放大电路与调节电路，所述检零绕组、检测电路、放大电路、调节电路及补偿绕组之间为电连接，且依次形成闭合回路。

采用上述结构后，首先，钳形电流传感器包括铁芯盒和电路盒，所述铁芯盒与电路盒之间为电连接，且二者相对分离，电流传感器在使用时，电路盒里放置的电路元件，将电路元件与铁芯盒分开，使得铁芯盒体积减小，在使用时更加方便，同时电路盒里能够放置数量更多、体积更大的电路元件，使得电流传感器的结构更加优化，所述铁芯盒包括外壳和空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与外壳之间为固定连接，且空心圆柱体的外表面与外壳的内表面之间形成凹槽，所述电流传感器包括铁芯，所述铁芯套设在所述空心圆柱体的外表面上，且位于凹槽内，使得铁芯能够相对于铁芯盒定位，所述铁芯上缠绕有检零绕组和补偿绕组，检零绕组用于形成感应电流，补偿绕组用于减小误差，所述电路盒内设有检测电路、放大电路与调节电路，所述检零绕组、检测电路、放大电路、调节电路及补偿绕组之间为电连接，且依次形成闭合回路，使得检零绕组形成的感应电流能够放大并且流入补偿绕组中。

其次，现有技术中，铁芯内穿插有通电导线，通电导线产生的感应电动势一部分转化为励磁电流，用于磁化铁芯，使得电流传感器测得的电流减小，基于上述结构，本装置中补偿绕组用于补偿励磁电流，其产生的磁通与通电导线产生的磁通相抵消，理想状态下，其产生的磁势与通电导线产生的磁势相平衡，使得铁芯处于零磁通的状态下，此时，通电导线产生的感应电流不会损耗，电流传感器实现精确测量。

基于上述结构，检测电路用于检测流入电流传感器的电流大小，调节电路控制放大电路的放大倍数，使得电流增大并流入补偿绕组中，电流通过补偿绕组产生磁通，与通电导线产生的磁通相抵消，使铁芯实现磁势平衡。

基于上述结构，根据电磁感应定律，铁芯中必须要有磁通才能使电流传感器的检零绕组产生电流，使得铁芯不会处于零磁通状态，只能接近零磁通状态，调节电路通过比较检测的电流值与允许的电流值之间的差值，动态调整流入补偿绕组的电流大小，使得补偿绕组的磁通相对于通电导线产生的磁通动态改变，从而使得铁芯达到动态的磁势平衡状态。

作为优选，所述的检测电路包括用于检测电流的电流检测器和用于检测电压的电压检测器。

作为优选，所述的放大电路包括放大器。

作为优选，所述的调节电路包括控制器和比较器，且控制器与比较器、放大器、电流检测器与电压检测器之间均为电连接。

作为优选，所述的调节电路包括控制器和比较器，且控制器与比较器、放大器、电流检测器与电压检测器之间均为电连接。

作为优选，所述的铁芯盒上设有用于与检零绕组和补偿绕组相连的接线口。

作为优选，所述的铁芯盒与电路盒之间采用导线连接，所述导线的两端均设有连接端子，所述连接端子用于与接线口相连。

作为优选，所述的电路盒内设有内置电源，所述内置电源用于给检测电路、放大电路与调节电路供电。

作为优选，所述的铁芯盒的外壳为用于屏蔽磁场的屏蔽壳体。

作为优选，所述的调节电路与补偿绕组之间连接有负载电阻。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，其中：

图1为本发明钳形电流传感器的示意图；

图2为本发明钳形电流传感器中铁芯盒的示意图；

图3为本发明钳形电流传感器中各部件的电路连接的示意图；

图4为本发明钳形电流传感器中检测电路的示意图；

图5为本发明钳形电流传感器中调节电路的示意图；

图6为本发明钳形电流传感器中的控制器部分的电路连接的示意图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者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发明的限制。

如图1、图2和图3所示，本发明钳形电流传感器的优选结构包括铁芯盒1和电路盒2，所述铁芯盒1与电路盒2之间为电连接，且二者相对分离，所述铁芯盒1包括外壳和空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与外壳之间为固定连接，且空心圆柱体的外表面与外壳的内表面之间形成凹槽，所述电流传感器包括铁芯10，所述铁芯10套设在所述空心圆柱体的外表面上，且位于凹槽内，所述电路盒2内设有检测电路3、放大电路4与调节电路5，所述检零绕组8、检测电路3、放大电路4、调节电路5及补偿绕组9之间为电连接，且依次形成闭合回路。

采用上述结构后，首先，钳形电流传感器包括铁芯盒1和电路盒2，所述铁芯盒1与电路盒2之间为电连接，且二者相对分离，电流传感器在使用时，电路盒2里放置的电路元件，将电路元件与铁芯盒1分开，使得铁芯盒1体积减小，在使用时更加方便，同时电路盒2里能够放置数量更多、体积更大的电路元件，使得电流传感器的结构更加优化，所述铁芯盒1包括外壳和空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与外壳之间为固定连接，且空心圆柱体的外表面与外壳的内表面之间形成凹槽，所述电流传感器包括铁芯10，所述铁芯10套设在所述空心圆柱体的外表面上，且位于凹槽内，使得铁芯10能够相对于铁芯盒1定位，所述铁芯10上缠绕有检零绕组8和补偿绕组9，检零绕组8用于形成感应电流，补偿绕组9用于减小误差，所述电路盒2内设有检测电路3、放大电路4与调节电路5，所述检零绕组8、检测电路3、放大电路4、调节电路5及补偿绕组9之间为电连接，且依次形成闭合回路，使得检零绕组8形成的感应电流能够放大并且流入补偿绕组9中。

其次，现有技术中，铁芯10内穿插有通电导线，通电导线产生的感应电动势一部分转化为励磁电流，用于磁化铁芯10，使得电流传感器测得的电流减小，基于上述结构，本装置中补偿绕组9用于补偿励磁电流，其产生的磁通与通电导线产生的磁通相抵消，理想状态下，其产生的磁势与通电导线产生的磁势相平衡，使得铁芯10处于零磁通的状态下，此时，通电导线产生的感应电流不会损耗，电流传感器实现精确测量。

基于上述结构，检测电路3用于检测流入电流传感器的电流大小，调节电路5控制放大电路4的放大倍数，使得电流增大并流入补偿绕组9中，电流通过补偿绕组9产生磁通，与通电导线产生的磁通相抵消，使铁芯10实现磁势平衡。

基于上述结构，根据电磁感应定律，铁芯10中必须要有磁通才能使电流传感器的检零绕组8产生电流，使得铁芯10不会处于零磁通状态，只能接近零磁通状态，调节电路5通过比较检测的电流值与允许的电流值之间的差值，动态调整流入补偿绕组9的电流大小，使得补偿绕组9的磁通相对于通电导线产生的磁通动态改变，从而使得铁芯10达到动态的磁势平衡状态。

为了使电流传感器能够测出电流值和电压值，如图4所示，本实施例优选检测电路3包括用于检测电流的电流检测器和用于检测电压的电压检测器，在测试电流传感器的精度时，铁芯10内穿入已知电流大小的通电导线，根据检零绕组8的匝数计算出电流传感器在理想状态下的电流大小，观察电流检测器与电压检测器，得出电压检测器的电流实际值与电压实际值。

为了使流入补偿绕组9中的电流增大，本实施例优选放大电路4包括放大器，放大器用于将检零绕组8内的电流放大，同时进行电流电压的转换，使得有足够的电流流入补偿绕组9中，进而使补偿绕组9能够产生足够的磁通，且能够抵消通电导线产生的磁通，减小电流传感器的检测误差。

为了使电流传感器处于动态磁势平衡状态，如图5和图6所示，本实施例优选调节电路5包括控制器6和比较器，且控制器6与比较器、放大器、电流检测器与电压检测器之间均为电连接，控制器6可以控制放大器的放大倍数，使得补偿绕组9中的电流增大，当电流检测器检测到的电流与允许的电流值出现偏差时，比较器比较二者的大小，并通过控制器6进行实时调整，保证电流值处于允许的误差范围内，进而使电流传感器处于相对动态磁势平衡状态。

为了优化结构，本实施例优选检零绕组8的匝数比补偿绕组9的匝数多，本发明优选检零绕组8为1000匝，补偿绕组9为500匝，理想状态下通电导线内的电流与电流传感器内的电流之比与二者的匝数之比成反比，即当检零绕组8的匝数越多时，检零绕组8内的电流越小，即保证误差在允许范围内，又使得流入检零绕组8内的电流足够小，可以通过电流检测器与电压检测器测得。

为了便于检零绕组8和补偿绕组9连接，本实施例优选铁芯盒1上设有用于与检零绕组8和补偿绕组9相连的接线口，检零绕组8和补偿绕组9绕在铁芯上，其两端与接线口相连，外部连接线直接通过接线口进行连接和拆卸，使得检零绕组8和补偿绕组9在连接时更加方便。

为了使得连接更加方便，本实施例优选铁芯盒1与电路盒2之间采用导线连接，所述导线的两端均设有连接端子，所述连接端子用于与接线口相连，通过接线端子与接线连接的方式，使得连接线与铁芯盒1与电路盒2连接时可以更方便地连接和拆卸。

为了使电路盒2内的电路有电源供应，本实施例优选电路盒2内设有内置电源，所述内置电源用于给检测电路3、放大电路4与调节电路5供电，使得电路盒2内的电路有外部电源供应，保证基本电路的运行。

为了提高钳形电流传感器的精度，本实施例优选铁芯盒1的外壳为用于屏蔽磁场的屏蔽壳体，铁芯10位于铁芯盒1内，通过屏蔽壳体防止外部磁场干扰屏蔽壳体内的铁芯10，从而使得传感器测量更加精确。

为了使保证钳形电流传感器的正常工作，本实施例优选调节电路5与补偿绕组9之间连接有负载电阻7，负载电阻7为闭合电路内的总负载电阻，其负载包括测量电流的电流表、测量电压的电压表、防止短路的附加电阻以及与钳形电流传感器相连的外部负载等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种高精度钳形电流传感器，其特征在于：包括铁芯盒(1)和电路盒(2)，所述铁芯盒(1)与电路盒(2)之间为电连接，且二者相对分离，所述铁芯盒(1)包括外壳和空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与外壳之间为固定连接，且空心圆柱体的外表面与外壳的内表面之间形成凹槽，所述电流传感器包括铁芯(10)，所述铁芯(10)套设在所述空心圆柱体的外表面上，且位于凹槽内，所述铁芯(10)上缠绕有检零绕组(8)和补偿绕组(9)，所述电路盒(2)内设有检测电路(3)、放大电路(4)与调节电路(5)，所述检零绕组(8)、检测电路(3)、放大电路(4)、调节电路(5)及补偿绕组(9)之间为电连接，且依次形成闭合回路。

2.按照权利要求1所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的检测电路(3)包括用于检测电流的电流检测器和用于检测电压的电压检测器。

3.按照权利要求2所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的放大电路(4)包括放大器。

4.按照权利要求3所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的调节电路(5)包括控制器(6)和比较器，且控制器(6)与比较器、放大器、电流检测器与电压检测器之间均为电连接。

5.按照权利要求1所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的检零绕组(8)的匝数比补偿绕组(9)的匝数多。

6.按照权利要求1所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的铁芯盒(1)上设有用于与检零绕组(8)和补偿绕组(9)相连的接线口。

7.按照权利要求6所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的铁芯盒(1)与电路盒(2)之间采用导线连接，所述导线的两端均设有连接端子，所述连接端子用于与接线口相连。

8.按照权利要求1所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的电路盒(2)内设有内置电源，所述内置电源用于给检测电路(3)、放大电路(4)与调节电路(5)供电。

9.按照权利要求1所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的铁芯盒(1)的外壳为用于屏蔽磁场的屏蔽壳体。

10.按照权利要求1所述的高精度钳形电流传感器，其特征在于：所述的调节电路(5)与补偿绕组(9)之间连接有负载电阻(7)。

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