CN1247317A

CN1247317A - 交直两用钳型电流表

Info

Publication number: CN1247317A
Application number: CN 98118163
Authority: CN
Inventors: 杨洪法
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-15

Abstract

本发明是一种测量交直流电流的交直两用钳型电流表。如图6所示,被测直流电流I₁越大,I₁产生的磁场越强,用磁敏元件IC₄对I₁产生的磁场进行测量,便可知道I₁的大小,从而达到了测量直流电流的目的。为了使被测直流电流的载体(导线)能方便地进入到交直两用钳型电流表的磁芯(8)中,须将所用磁芯做成像交流钳型电流表那样的钳型结构或其它能起到同样作用的结构形式。有了交直两用钳型电流表,可以使直流电流的测量像用交流钳型电流表测量交流电流一样简单。若将交直两用钳型电流表与万用表做在一起会使电路参数的测量变得十分简单。

Description

交直两用钳型电流表

本发明涉及一种测量交直流电流的钳型电流表。

有了交流钳型电流表使交流电流的测量变得十分简单，而测量直流电流的情况就不同了，需要将电路切断串入直流电流表进行测量，或将电路切断串入电阻测其压降，特别是高电压、大电流或不能停电而需对其电流进行测量的地方，测量难度就更大了。为了使直流电流的测量和用交流钳型电流表测量交流电流一样简单，设计了一种能测直流电流的交直两用钳型电流表。

本发明的任务是这样完成的，让被测电流的载体(即导线)进入到交直两用钳型电流表的磁芯中。为了使被测电流的载体(即导线)能方便的进入到交直两用钳型电流表的磁芯中，交直两用钳型电流表的磁芯应当采用像交流钳型电流表那样的钳型结构或其它能起到同样作用的结构形式。当被测电流为交流时，其测量原理与交流钳型电流表完全相同，这里不再介绍。当被测电流为直流时，被测电流越大，被测电流所产生的磁场越强，用专用于测量磁感应强度的集成电路UGN-3501M对被测电流产生的磁场进行测量便可以知道被测电流的大小。利用直流电流所产生的磁场对直流电流进行测量的方法有多种，每种方法所对应的电子电路也可以多种多样，关于利用直流电流所产生的磁场对直流电流进行测量的方法及所对应的电子电路，将在实施例中举例加以说明。在利用直流电流产生的磁场对直流电流进行测量的方法中，有的方法需要使磁路中带有气隙，而磁路中的气隙会影响交流电流的测量精度，为了减少磁路中气隙对交流电流测量精度的影响，在测量交流电流时可用导磁材料或用改变磁阻的方法使带有气隙的磁路变成闭合磁路，用导磁性材料将带气隙的磁路变成闭合磁路，其原理应不难理解，用改变磁阻的方法将带气隙的磁路变成闭合磁路的工作过程如下：测量直流电流时，用通电线圈产生的磁场使线圈所在的那一部分磁芯产生磁饱合，磁阻增加，使被测电流所产生的磁场只能通过气隙构成回路，这时磁路中带有气隙。测量交流时，给通电线圈停电，线圈所在的那部分磁芯退出饱合，磁阻减小，被测电流所产生的磁场通过线圈所在的磁芯构成回路，使磁路变成闭合磁路。具体方法将在实施例中结合附图做详细介绍。为了制做方便也可使用两个完全独立的磁芯分别用于交流电流的测量和直流电流的测量。上述交直两用钳型电流在测交流电流时和测量直流电流时可共用一个表头，也可用两个完全独立的表头分别显示交流电流和直流电流。上述交直流两用钳型电流表的外壳可根据不同的的需要做成不同的大小以及各种不同形状，本发明对此没有特殊要求。

以上所述可归纳为以下几点：

1.本发明是利用直流电流所产生的磁场对直流电流进行测量的。为了使被测电流的载体(导线)能方便的进入到交直两用钳型电流表的磁芯中，需将磁芯做成像交流钳型电流表那样的钳型结构以及其它能起到相同作用的结构形式。

2.为了减少磁路中气隙对交流电流测量精度的影响，在测量交流电流时可用导磁材料或用改变磁阻的方法使带有气隙的磁路变成闭合磁路，也可用两个完全独立的磁芯分别用于交流电流的测量及直流电流的测量。

3.本发明可使用多种不同的利用直流电流所产生的磁场测量直流电流的方法对直流电流进行测量，每种方法所对应的电子电路也可有多种具体结构形式，实施时可根据市场上元件的多少及价格来确定用那一种具体结构形式。

4.本发明在测量交流电流时和测量直流电流时可共用一个表头，也可用两个完全独立的表头分别用于交流电流的测量及直流电流的测量。

5.本发明对其外型没有特殊要求，可根据不同的需要做成不同的大小以及各种不同的形状，只要所用元件能全部装在里面即可。

有了交流钳型电流表使交流电流的测量变得十分简单，而有了本发明所涉及的交直两用钳型电流表使直流电流的测量和用交流钳型电流表测量交流电流一样简单。若将交直两用钳型电流表与万用电表做在一起会使电路参数的测量变得十分简单。

附图说明：

图1、图3、图4、图5是四种交直两用钳型电流表的原理图。

图2是利用改变磁阻的方法使带气隙的磁路变成闭合磁路的原理图。

下面结合附图对本人认为实现本发明最好的方式做详细介绍。

如图1所示，当K₁与B点接通时此电路可用来测量交流电流，测量交流电流的原理与交流钳型电流表完全相同，这里不再介绍。当K₁与A点接通时，此电路可用来测量直流电流，其工作过程如下：

调节W₁使直流电流表[1]的读数为零，当被测电流I₁＝0时，因磁芯[2]中无磁场，霍尔传感器IC₂的③脚输出电压不变，从而使IC₁输出不变，直流电流表[1]的读数仍为零。当被测电流I₁＞0时，被测电流I₁在磁芯[2]中产生正向磁场，使IC₂的③脚输出电压升高，从而使IC₁输出正电压，使直流电流表[1]中I₂正向增加，让I₂所产生的磁场方向与I₁产生的磁场方向相反，当nI₂≈I₁时(n为L₁的匝数)，磁芯[2]中合成磁场接近于零，IC₂的③脚输出电压降低，IC₁输出正电压也随之降低，I₂不变，整个电路达到新的平衡，这时直流电流表[1]的读数为I₂，因此时nI₂＝I₁即I₂与I₁成正比关系，因而可用此方法测量直流电流。当I₁＜0时，电路的工作情况正好与上述相反，这里不再多说。用此法测量直流电流，不但可测量直流电流的大小，而且还可以显示直流电流的方向。图中V₊接正电源。V_-接负电源。若K与A点接通并将直流电流表[1]切换成交流电流表，此电路也可测量交流电流，其工作过程与测量直流电流的工作过程基本相同。

如图1所示，若将图中线性霍尔传感器IC₂换成开关型霍尔传感器，并增加电阻R₁，此电路仍可正常工作，采用开关型霍尔传感器后，因开关型霍尔传感器输出为方波，使IC₁的输出级工作在开关状态，从而使功耗减小，这时I₂的大小由IC₁输出电压的占空比决定，若用线性霍尔传感器IC₂去控制一个占空比可变的压控振荡器产生比较电流I₂，使nI₂≈I₁(n为L₁的匝数)，同样可以使I₂电流输出级工作在开关状态，以起到减少功耗的作用。图1中霍尔传感器IC₂还可用磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻等代替，代替后应对直流电流测量电路作相应的改动。

为了使被测电流I₁的载体(导线)能方便地进入到磁芯[2]中，应将磁芯[2]做成像交流钳型电流表那样的钳型结构，或是能起到同样作用的其它结构形式。图1中交流电流表[3]和直流电流表[1]可共用一个表头也可各自独立。上述交直两用钳型电流表的外壳可根据不同的需要做成不同的大小及各种不同的形状。

如图1所示，磁芯[2]在线性霍尔传感器IC₂处留有一个缺口，以便IC₂能进入到磁芯[2]中，对磁芯[2]中的磁场进行测量，这样使磁路中带有气隙，而磁路中的气隙会对交流电流的测量精度有所影响，为了减小对交流电流测量精度的影响，可以对磁路和电路做一些改进，也可用两个完全独立的磁芯分别用于交流电流的测量和直流电流的测量，或在测量交流电流时用导磁材料附着在磁芯[2]的缺口处，使原来带有气隙的磁路变成闭合磁路。还可以用下述方法将原来带有气隙的磁路变成闭合磁路。

如图2所示，图中L₂与L₃两个线圈，圈数相等，绕向相反，因而可以产生大小相等方向相反的磁场，测量直流电流时将K₂接通，电源[4]经K₂、L₂、L₃产生电流I₃。当I₃较大时，I₃产生的磁场使磁芯[5]在L₂、L₃处产生磁饱合，磁阻增加，被测电流I₁所产生的磁场只能通过霍尔传感器IC₃构成回路，以便进行直流电流的测量，这时磁路中带有气隙。测量交流电流时将K₂断开，L₂、L₃中因无电流而不产生磁场，L₂、L₃所在的磁芯退出磁饱合，磁芯[5]在L₂、L₃处磁阻减小，被测电流I₁产生的磁场通过L₂、L₃所在的磁芯构成回路，这时磁路为闭合磁路，从而使交流电流的测量精度不会因测量直流电流时需要磁路中带有气隙而受到影响。

实现本发明较好的方式还有以下几种：

1.用测量被测电流所产生磁场的磁感应强度的方法测量直流电流的交直两用钳型电流表。

如图3所示，图中I₁为被测电流，L₄和交流电流表[6]，可用来测量交流电流，测量交流电流的原理很简单，这里不再介绍。线性霍尔传感器IC₄(UGN-3501M)及直流电压表[7]可用来测量直流电流，被测直流电流I₁越大，产生的磁场越强，而线性霍尔传感器IC₄(UGN-3501M)输出的电压与磁感应强度呈线性关系，因而可用此方法测量直流电流。用这种方法测量直流电流时，不但可以显示被测直流电流的大小，而且可以显示被测直流电流的方向。若将图3中直流电压表[7]切换成交流电压表，将线圈L₄的电流回路切断，那么还可用IC₄(NGN-3501M)来测量交流电流，其测量原理与测量直流电流的原理基本相同。图3中线性霍尔传感器IC₄(UGN-3501M)可换成其它型号的线性霍尔传感器也可用磁敏二极管、磁敏三极管、磁敏电阻代替，只是直流电流测量电路会比用线性霍尔传感器UGN-3501M时复杂些。图中交流电流表[6]及直流电压表[7]即可共用一个表头，也可各自独立。为了使被测电流I₁的载体能方便的进入到磁芯[8]中去，应将磁芯[8]做成像交流钳型电流表那样的钳型结构，或其它能起到同样作用的结构形式。为了减少磁路中气隙对交流电流测量精度的影响，在测量交流电流时可用导磁材料或用改变磁阻的方法使带有气隙的磁路变成闭合磁路，也可用两个完全独立的磁芯分别用于交流电流的测量及直流电流的测量。本发明的外壳可根据不同的需要做成不同的大小以及各种不同的形状。

2.用不断改变被测电流磁芯磁阻的方法测量直流电流的交直两用钳型电流表。

如图4所示，当K₃断开时，此电路可用来测量交流电流，测量交流电流的原理与交流钳型电流表的原理完全相同，这里不再介绍。当K₃闭合时，此电路可用来测量直流电流，其原理如下：

用振荡电路[11]产生方波电压，经IC₅、IC₆在C、D两点产生交变的方波电压，经K₃加在L₅、L₆两端，使L₅、L₆产生电流I₄。当用双电源供电时，可用功率较大的振荡器[11]直接给L₅、L₆提供交变的方波电压，而将IC₅、IC₆省去不用。利用方波供电的好处是可以减少电源输出电路的损耗。图中L₅、L₆匝数相等，电流方向相反，因而产生大小相等方向相反的磁场，又因L₅、L₆两端加的是交流电压，所以在L₅、L₆中产生交流电流I₄，交流电流I₄的大小随时间的变化而变化，当某一时刻I₄较大时，I₄所产生的磁场使磁芯[10]在L₅、L₆处产生磁饱合，磁阻增加。当I₄＝0时，L₅、L₆不产生磁场，使L₅、L₆所在的磁芯退出饱合，磁阻减小，被测电流I₁所产生的磁场经L₅、L₆所在磁芯构成回路。由于L₅、L₆所在磁芯的磁阻不断变化，引起L₇所在磁芯的磁通量变化，从而使线圈L₇产生感应电流I₅，且|nI₅|≈|I₁|(n为L₇的匝数)，即I₅与I₁成正比关系，因而可以用这种方法测量直流电流。用此方法可以测量直流电流的大小，若要显示直流电流的方向会使测量电路变得复杂。当K₃闭合时，此电路也可以测量交流电流，其测量原理与测量直流电流的原理基本相同。为了使被测电流I₁的载体(导线)能方便的进入到磁芯[10]中，应将磁芯[10]做成像交流钳型电流表那样的钳型结构，或其它能起到同样作用的结构形式。本发明的外壳可根据不同的需要做成不同的大小以及各种不同的形状，只要所用元件能全部装在里面即可。图中[9]为交流电流表。V₊接电源正极。

3.利用两个相互反串的饱合电抗器的阻抗随被测电流的变化而变化的特点对直流电流进行测量的交直两用钳型电流表。

如图5所示，当K₄与H点接通、K₅闭合时，此电路可用来测量交流电流，测量交流电流的原理很简单，这里不再介绍。当K₄与G接通、K₅断开时，此电路可用来测量直流电流，其工作过程如下：

由振荡器[14]产生方波经Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅，在E、F两点产生交变的方波电压，经交流电流表[13]加在L₈、L₉两端，使L₈、L₉中产生电流I₆。当用双电源供电时，可用功率较大的振荡器直接给L₈、L₉线圈提供交变方波电压，利用方波供电的好处是可以减少电源输出电路的损耗。L₈、L₉是两个相互反串的饱合电抗器，当被测电流I₁＝0时，由于L₈、L₉阻抗较大，I₂≈0，当I₁＞0时，I₁产生的磁场使L₈、L₉磁芯[12]饱合，L₈、L₉阻抗减小，I₆增加，由于L₈、L₉相互反串，L₈、L₉两端加的又是交变的方波电压，因而当|nI₆ |≈|I₁|时，(n为L₈、L₉的匝数，L₈、L₉匝数相同)，总会使两个饱合电抗器L₈、L₉中的其中一个退出饱合，阻抗增加，使I₆不再增加。因此时|nI₆|≈| I₁|(n为L₈、L₉的匝数)，即I₆与被测电流I₁成正比关系，所以可用这种方法测量直流电流。用此方法测量直流电流，只能显示电流的大小而无法显示电流的方向。当K₄与G点接通、K₅断开时，此电路也可用来测量交流电流，其工作过程与测量直流电流的工作过程基本相同。为了使被测电流的载体(导线)能方便的进入到磁芯[12]中，应将磁芯[12]做成像交流钳型电流表那样的钳型结构，或其它能起到同样作用的结构形式，本发明对外壳没有特殊要求，可根据不同的需要做成不同的大小以及各种不同的形状。只要所用元件能全部装在里面即可，图中V₊接电源正极。

Claims

1.一种由外壳、表头、磁芯及测量电路组成的交直两用钳型电流表，它与以往的钳型电流表相比其特征是：里面还装有一套能够利用直流电流所产生的磁场，对直流电流进行测量的直流电流测量电路。

2.根据权力要求1所规定的交直两用钳型电流表其特征是：有些利用直流电流产生的磁场对直流电流进行测量的电路需要磁芯中带有气隙，为了减少磁芯中气隙对交流电流测量精度的影响，在测量交流电流时，可用导磁材料或用改变磁阻的方法使带有气隙的磁路变成闭合磁路，还可用两个完全独立的磁芯分别用于交流电流的测量及直流电流的测量。

3.根据权力要求1所规定的交直两用钳型电流表其特征是：可用实施例中所述的几种方法或其它能够利用直流电流所产生的磁场对直流电流进行测量的方法组成直流电流测量电路，每种方法所对应的具体测量电路可有多种结构形式，实施时可根据市场上元件的多少及价格确定具体测量电路的结构形式。

4.根据权力要求1所规定的交直两用钳型电流表其特征是：为了使被测电流的载体(导线)能方便地进入到交直两用钳型电流表的磁芯中，其磁芯须做成像交流钳型电流表那样的钳型结构或其它能起到同样作用的结构形式。

5.根据权力要求1所规定的交直两用钳型电流表其特征是：在测量交流电流时和测量直流电流时可共用一个表头，也可用两个完全独立的表头，分别用于交流电流的测量及直流电流的测量。

6.根据权力要求1所规定的交直两用钳型电流表其特征是：其外壳可以根据不同的需要做成不同的大小以及各种不同的形状，只要所用元件能全部装在里面即可。