CN1800863A - 钳型直流电流传感器 - Google Patents

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CN1800863A CN 200610017349 CN200610017349A CN1800863A CN 1800863 A CN1800863 A CN 1800863A CN 200610017349 CN200610017349 CN 200610017349 CN 200610017349 A CN200610017349 A CN 200610017349A CN 1800863 A CN1800863 A CN 1800863A
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张兴杰
王清波
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Abstract

本发明公开了一种钳型直流传感器，它包括钳型磁芯，在所述钳型磁芯上分别绕有激磁绕组W1、测量绕组W2和反馈绕组W4；所述激磁绕组W1与由三角波发生电路、功率放大推动电路A1组成的激磁电路输出端电连接；所述测量绕组W2与检测电路的输入端电连接；所述反馈绕组W4与检测电路的输出端电连接；所述检测电路由信号调理电路、单片机8051、D/A转换电路、功率放大推动电路A2组成；反馈绕组W4与电流取样电路输入端电连接。本发明的优点在于精度不受被测直流电流大小的影响，从而实现了高精度、大范围直流电流非接触在线测量。

Description

钳型直流电流传感器
技术领域
本发明涉及直流电流传感器，尤其是涉及钳型直流电流传感器。
背景技术
在工业自动化系统中，许多直流系统回路都需要测量电流的大小，而直流电流的常规测量方法是串联测量，即先把直流回路断开后再把电流表串入直流回路进行测量。但是在许多应用领域，这种串联是不许可的，比如铁路信号系统，断开回路会造成列车停运甚至事故。因此采用非接触测量是解决问题的一种办法。现有的非接触测量直流电流的方法，大致分为两种，一是采用霍尔传感器加电流互感器来实现，由于霍尔传感器温度漂移和零点漂移较大，所以测量精度不高，通常只用于大电流(安级)的测量。另一种方法是采用磁调制式原理，但受测量原理的限制，通常用这种方法测量微安或毫安级的小电流，随着被测直流电流的增大，其线性误差也随之增大。
发明内容
本发明目的在于提供一种测量精度高、范围宽的钳型直流电流传感器。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的钳型直流传感器，它包括钳型磁芯，在所述钳型磁芯上分别绕有激磁绕组W1、测量绕组W2和反馈绕组W4；所述激磁绕组W1与由三角波发生电路、功率放大推动电路A1组成的激磁电路输出端电连接；所述测量绕组W2与检测电路的输入端电连接；所述反馈绕组W4与检测电路的输出端电连接；所述检测电路由信号调理电路、单片机8051、D/A转换电路、功率放大推动电路A2组成；反馈绕组W4与电流取样电路输入端电连接。
所述信号调理电路输出端与单片机8051的输入端电连接；单片机8051的输出端通过D/A转换电路与功率放大推动电路A2输入端电连接。
所述电流取样电路为取样电阻R21。
本发明的优点在于通过在高导磁率的环形铁芯上缠绕有激磁绕组W1，测量绕组W2，和一个反馈绕组W4，并将测量绕组W2的两端抽头与检测电路信号输入端电连接；将反馈绕组W4的两端抽头与检测电路输出端电连接。这样通过反馈绕组W4中的反馈电流I0所产生的直流偏置磁场去抵消被测电流I产生的直流偏置磁场，消除了磁调制式测量的非线性误差，只要测量出反馈电流I0的大小即可计算出被测电流I的大小。而I0的大小可以通过一个取样电阻转换成电压输出，因此，本钳型直流电流传感器对直流电流进行非接触在线变换，输出一个直流电压信号，其精度不受被测直流电流大小的影响，从而实现了高精度、大范围直流电流非接触在线测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明所述的高导磁率的环形铁芯A、激磁绕组W1、测量绕组W2、反馈绕组W4以及被测导线W3组合在一起的结构示意图。
图3为本发明的电路原理图。
图4为图3的电路原理框图。
具体实施方式
如图所示，本发明所述的钳型直流电流传感器，它包括钳型磁芯，在所述钳型磁芯上分别绕有激磁绕组W1、测量绕组W2和反馈绕组W4；所述激磁绕组W1与由三角波发生电路、功率放大推动电路A1组成的激磁电路输出端电连接；所述测量绕组W2与检测电路的输入端电连接；所述反馈绕组W4与检测电路的输出端电连接；所述检测电路由信号调理电路、单片机8051、D/A转换电路、功率放大推动电路A2组成；反馈绕组W4与电流取样电路输入端电连接。所述信号调理电路输出端与单片机8051的输入端电连接；单片机8051的输出端通过D/A转换电路与功率放大推动电路A2输入端电连接。所述电流取样电路为取样电阻R21。
本发明的电路原理如下：
如图所示，本发明采用高导磁率的磁芯做成可以开合的钳型结构，在磁芯上绕制3个绕组：激磁绕组W1、测量绕组W2和反馈绕组W4。
在图3中，U3、U4组成了三角波发生电路，产生的三角波信号进入由三级管Q1、Q3组成功率放大推动电路A1进行功率放大，放大后的信号驱动激磁绕组W1。测量绕组W2，它输出的交流信号经过U1组成的信号调理电路后，消除了信号的抖动和信号上的毛刺，变成干净的交流信号进入比较器U2，比较器U2把信号转换成交流方波，经过二极管D1截取掉下半周，变成直流方波进入单片机U5的定时/计数器T0口。在单片机U5内部对直流方波的高、低周期进行分别测量，并取其差值△t，根据△t的正负和大小来调节U6的输出，用以调节反馈绕组W4中反馈电流I0的大小和方向。单片机U5一边调节反馈电流I0的大小，一边检测△t的大小，当△t＝0时，说明由反馈电流I0产生的直流偏置磁场正好抵消由被测电流I产生的直流偏置磁场。这时反馈电流I0的大小乘以反馈绕组W4的匝数就是被测电流I的大小。R21是一个取样电阻，通过它可以把反馈电流I0转换成电压输出。因此，本发明所述的钳型直流电流传感器在使用时只需要把它卡在被测直流导线W3上，就可以输出一个直流电压，且这个直流电压的大小和被测直流电流的大小有严格的线性关系，具有较高的精度和大的测量范围。

Claims (3)

1、一种钳型直流电流传感器，它包括钳型磁芯，其特征在于：在所述钳型磁芯上分别绕有激磁绕组W1、测量绕组W2和反馈绕组W4；所述激磁绕组W1与由三角波发生电路、功率放大推动电路A1组成的激磁电路输出端电连接；所述测量绕组W2与检测电路的输入端电连接；所述反馈绕组W4与检测电路的输出端电连接；所述检测电路由信号调理电路、单片机8051、D/A转换电路、功率放大推动电路A2组成；反馈绕组W4与电流取样电路输入端电连接。
2、根据权利要求1所述的钳型直流电流传感器，其特征在于：所述信号调理电路输出端与单片机8051的输入端电连接；单片机8051的输出端通过D/A转换电路与功率放大推动电路A2输入端电连接。
3、根据权利要求1所述的钳型直流电流传感器，其特征在于：所述电流取样电路为取样电阻R21。
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