CN202433432U - 工频交流电流测量棒 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种工频交流电流测量棒，利用电磁感应方式感知交流电流产生的交流磁场，从而进行交流电流大小的测量。工频交流电流测量棒的结构分为前端探头带有导线定位凹槽环的棒状绝缘外壳、在铁氧体磁芯上绕制的感应线圈、信号调理电路、电源电路、数值显示电路五部分。其中的内置感应磁头为开磁路式，配合带选频功能的信号调理电路处理，显示出被导线的电流值。工频交流电流测量棒适用于单相正弦交流电网的电流测量，只要插入被测导线回路缝隙或贴近被测导线就可以显示被测电流值。在外壳材料绝缘能力足够好的情况下，还可以用于高压电网电流的测量。但不宜用于强电磁干扰的环境。

Description

工频交流电流测量棒

一.技术领域

本实用新型涉及的内容属于电子测量仪器仪表技术领域，是一种新型的便携式工频电流表。作为一个常用基本测量仪表，可以广泛应用于交流电网等环境的测量与维修。 

二.背景技术

目前市场上现有的电流表主要有串入式的和钳形结构的。对于串入式的电流表，要与用电器串联在同一电路中。这种电流表作为电流测量的标准形式，是电流表的主流，在高精度的测量要求中是一种理想的方案。虽然他的测量准确度高，但是相比其他测量方法在使用中存在以下几个主要缺陷： 

1.每次都需要将电路切断后，才能将电流表接入进行测量，测量前必须要使电路先断电，给测量带来了麻烦。而且某些场合不允许这样操作，比如有时正常运行的电网就不允许随便断电。 

2.串入式测量是一种非隔离式的测量，对于维修人员来说，带有潜在的危险因素，可能会造成一些意外的损伤。例如，不慎将电流表接在电源的两端，就会造成短路，烧坏电源、电表等意外。 

3.由于实际电流表的内阻是不可避免的，故接入电流表后，会对被测电路本身的参数产生一定的变化，特别是低电压电路中测量误差比较明显。 

在测量精度要求不高的场合，还有一种操作更方便的钳形电流表用于电流的测量。对于钳形电流表，虽然在测量的方式上比串入式方便，但是用钳形电流表检测电流时，一定要将一根被测导线(电线)置于钳口之中，被测导线必须是活动的；钳形表的钳口尺寸往往比较大，被测导线需要有足够的活动空间；若夹住电流流向不同的两根导线(平行线)则不能有效检测电流。 

钳形电流表是一种闭磁路式的测量仪表。另外，也有过一款开磁路式的电流测量装置的设计，采用的结构是磁饱和铁芯，采用的方法是脉冲调制方式，其结构比较复杂，不便于制作和生产，实用性不强。 

本实用新型所设计的工频交流电流测量棒是基于钳形表测量的感应式测量原理和便捷性基础上进行的再改进，使用中只要贴近被测导线工插入被测导线之间，就可以检测导线上的交流电流值。可以成为一种测量精度不高的新的电流测量仪表结构形式。 

三.发明内容

本实用新型所设计的工频交流电流测量棒采用感应测量方式，其结构特征是：由带手柄的棒状绝缘外壳、工字形磁芯上绕制的单绕组感应线圈、具有抗干扰能力的电信号调理电路、电源电路、数值指示器五大部分组成，其棒状外壳可以直线型的，也可以是弓形的，棒状外 壳的首端设有一圈导线定位凹槽环，由铁氧体磁芯绕制的感应线圈置于凹槽的径向中心处，与棒状外壳呈同轴放置，作为工频交流电流测量棒的感应探头；数值指示器置于棒的后部，即手把附近；整个外壳完全封闭并且绝缘；外形呈完全封闭并且绝缘的棒状结构，棒的前端设有一圈导线定位凹槽环；前端探头采用一个由工字形铁氧体磁芯绕制的感应线圈感应电流磁场，感应线圈置于工频交流电流测量棒前端内部的轴线上，并用作电信号调理电路的选频元件之一；数值指示器置于棒的后部，视窗可以开在棒的侧面，也可以开在端面上；电能供给采用简单的小容量单节锂离子电池，配合安装于棒壳外表面的太阳能电池进行充电，可长时间重复使用，免除更换电池的麻烦；整个外壳完全封闭并且绝缘。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：根据麦克斯韦电磁场理论，导线上交变电流会在周围产生交变的电磁场。磁场强度与导线中的电流成正比，与距离成反比。采用开放式感应线圈获取载流导线电流产生的磁场信息，然后通过低频选频技术，选择有用工频信号进行放大，并通过半波线性整流电路将其转换成直流电压，最终测出相对应电流的峰值，并在显示窗口中实时显示。 

对于无限长直电流来说，磁场强度可以由下式计算： 

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{4\mathrm{\πr}}$

由于被测电流所产生的电磁场较弱，对感应所获得的信号进行放大是必须的。另一方面，被测电流所产生的弱电磁信号容易被干扰，因而在放大信号的同时需要对工频信号进行频率选择，确保电路输出的是被测量信息。这就是本实用新型中采用具有抗干扰能力的电信号调理电路的原因，也是本实用新型结构特征之一。选频电路包括LC谐振选频和二阶RC选频，其中第一级采用LC谐振回路选频。这里的电感L有磁电转换和谐振选频的双重作用，如果用0.15mm漆包线在φ9×12mm的工字形铁氧体磁芯上绕制300匝，其参数约为3.0mH/4.5Ω左右。 

当然，单独的3.0mH/4.5Ω电感还是不适合用作50Hz交流电路的LC谐振选频，因为其品质因数Q只有0.02，毫无谐振的意义。并且需要配合的谐振电容，无实际可行性。 

$Q=\frac{\mathrm{\ωL}}{R}=\frac{2\mathrm{\π}\×50\×3.0\×{10}^{-3}}{4.5}=0.02$

$C=\frac{1}{2{\mathrm{\π}}^2{f}^{2}L}=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2\×{50}^2\×3.0\×{10}^{-3}}=0.0034F=3400\mathrm{\μF}$

50Hz频率下的谐振电感的电感量需要更大。开磁路形式是基本条件，要增加电感量必须增加绕组匝数，但增加绕组匝数又会增加电感内阻，并且磁芯绕制线圈的空间有限，不可能无限制地增加线圈匝数。完全采用导线绕制的方式制作电感，品质因数难以提高。要使谐振回路的品质因数提高，起码达到5.0以上，还需要调理电路的配合。因此，本实用新型以绕线电感与模拟电感叠加的方式实现谐振，其中绕线电感只用于感应磁场信号产生电压，谐振所需的电感量主要依靠模拟电感提供。既达到了理论要求的电感量，又缩小了电流表的体积，使其更加轻巧，美观。 

谐振电感的电感量可以有很大的变化范围，如果用0.15mm漆包线在φ9×12mm的工字形铁氧体磁芯上绕制450匝，其电感量约为7.7mH，内阻约7Ω。也可以是其他参数值，只要与谐持电容、调理电路配合好即可。 

本实用新型的技术方案是采用感应的方式，而电流感应信号的强弱不仅取决于被测量电流的大小，还取决于探测头与被测导线的相对位置、相对距离的大小。为了尽量使感应获得的信号只与被测电流大小基本成单一关系，必须确定被测导线位置。对于被测量导线的定位也是进行正确测量的基本条件。本工频交流电流测量棒的前端设有被测导线定位凹槽环，就是基于这一因素的考虑，提高测量的准确性。 

本实用新型的有益效果是： 

1.测量时只需将被测导线放入电流表的环形导线放置凹槽附近就可以测出电流，非常的方便。 

2.由于是非接入式，所以非常的安全可靠。不会对被测电路及人员造成意外损伤，用户可以放心的使用。 

3.适用于单相正弦交流电网的电流测量，在外壳材料绝缘能力足够好的情况下，还可以用于高压电网电流的测量。 

四.附图说明

图1是直线状工频交流电流测量棒剖示图。 

图中1.感应线圈；2.环形导线放置槽口；3.电信号调理电路和电源电路；4.数值指示器。 

图2是弓形工频交流电流测量棒剖示图。 

图中1.感应线圈；2.环形导线放置槽口；3.电信号调理电路和电源电路；4.数值指示器；5.数值显赫窗。 

图3是直线状工频交流电流测量棒主视和俯视图。 

图4是弓形工频交流电流测量棒主视和俯视图。 

图5是双线钳入式测量方式图。 

图6是单线靠贴式测量方式图。 

五.具体实施方式

本实用新型所述的工频交流电流测量棒适用于电磁干扰较小的环境中，不宜用于强电磁干扰的环境。 

仪表的电流示数是以双线回路的钳入式测量为标准进行校准的。对于双线回路，可以将工频交流电流测量棒的探头插入两条导线之间，使两条导线夹在测量棒首端的槽口上，如图3所示。 

对于单导线环境，可以将工频交流电流测量棒探头的槽口紧贴被测导线，如图4所示。 并且，把电流显示值乘以2，就是被测电流值。 

本实用新型所述的工频交流电流测量棒带有太阳能充电装置，为了保持内部电池电量的充足，随时使用，需要经常接受阳光的照射。 

Claims (4)

1.一种工频交流电流测量棒，其结构特征是：由带手柄的棒状绝缘外壳、工字形磁芯上绕制的单绕组感应线圈、具有抗干扰能力的电信号调理电路、电源电路、数值指示器五大部分组成，其棒状外壳可以直线型的，也可以是弓形的，棒状外壳的首端设有一圈导线定位凹槽环，由铁氧体磁芯绕制的感应线圈置于凹槽的径向中心处，与棒状外壳呈同轴放置，作为工频交流电流测量棒的感应探头；数值指示器置于棒的后部，即手把附近；整个外壳完全封闭并且绝缘。

2.根据权利要求1所述的工频交流电流测量棒，其特征是外形呈完全封闭并且绝缘的棒状结构，棒的前端设有一圈导线定位凹槽环。

3.根据权利要求1所述的工频交流电流测量棒，其特征是前端探头采用一个由工字形铁氧体磁芯绕制的感应线圈感应电流磁场，感应线圈置于工频交流电流测量棒前端内部的轴线上，并用作电信号调理电路的选频元件之一。

4.根据权利要求1所述的工频交流电流测量棒，其特征是数值指示器置于棒的后部，视窗可以开在棒的侧面，也可以开在端面上。 

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